L’industria aerospaziale è stata una delle prime ad adottare commercialmente la stampa 3D, o produzione additiva, quando è stata inventata. Molti OEM (original equipment manufacturer), fornitori e agenzie governative utilizzano la stampa 3D già da decenni e le ultime generazioni di aerei commerciali volano con oltre 1000 parti stampate in 3D.
Tuttavia, le tradizionali stampanti 3D industriali hanno costi proibitivi per la maggior parte delle organizzazioni, a eccezione di quelle più grandi e meglio finanziate. Negli ultimi 10 anni, abbiamo assistito a una drastica diminuzione del prezzo anche delle stampanti 3D ad alte prestazioni e a innovazioni nella scienza dei materiali che consentono nuove applicazioni. Con un prezzo accessibile, le stampanti 3D possono ora essere utilizzate da organizzazioni più piccole e in nuove succursali di grandi organizzazioni, mentre in precedenza sarebbero state relegate a laboratori per la prototipazione centralizzati. Rendendo la tecnologia additiva accessibile per più utenti, le stampanti 3D di Formlabs consentono a più ingegneri e ricercatori aerospaziali di ampliare i confini del loro campo di studio.
Per capire come, di seguito riportiamo quattro esempi in cui la stampa 3D sta alimentando l’innovazione nel settore aerospaziale, dalla progettazione, alla produzione e oltre.
- Risparmiare denaro con strumenti stampati in 3D per produrre indicazioni delle vie di fuga
Lufthansa Technik AG è uno dei più grandi fornitori di servizi di manutenzione, riparazione e revisione nel settore dell’aviazione, pertanto fa già un uso esteso della produzione additiva. Dal 2018, una divisione che coinvolge più dipartimenti aziendali si occupa di studiare e sviluppare diversi processi di stampa 3D per realizzare tanto prodotti per aeromobili, quanto strumenti e dispositivi per la produzione interna. I principali acquirenti di questi componenti sono i grandi costruttori di apparecchiature originali (OEM) di aeromobili, come Airbus e Boeing.
Uno dei prodotti di Lufthansa Technik realizzati con il supporto della stampa 3D è GuideU, ovvero un sistema di indicazione delle vie di fuga per l’interno degli aeromobili. Queste innovative guide da pavimento sono dotate di pigmenti di natura fotoluminescente, in grado di caricarsi con la normale luce di bordo e continuare a funzionare anche in caso di blackout. Applicate lungo le file di sedili, possono indicare le vie di fuga in situazioni di emergenza.
Da novembre 2021, questo sistema brevettato viene prodotto in-house ad Amburgo, Germania.
Per realizzare le GuideU, il team di Lufthansa Technik utilizza supporti di produzione stampati in 3D. Dopo aver provato diversi metodi, si è deciso di utilizzare la stampa 3D stereolitografica (SLA) per realizzare un ugello che sarebbe poi stato usato nel processo di fabbricazione come componente per la creazione di attrezzature.
L’ugello è stato prodotto su una stampante 3D SLA di Formlabs Form 3L, in collaborazione con il partner Formlabs myprintoo. La piattaforma di stampa di grandi dimensioni della Form 3L ha permesso di realizzare 72 parti in un singolo ciclo di stampa.
Una volta stampati, gli ugelli possono essere usati nel processo di produzione delle guide luminose GuideU senza ulteriori passaggi oltre alla post-elaborazione standard.
Sono stati testati diversi materiali Formlabs, ma alla fine la scelta è ricaduta sulla Clear Resin: oltre a offrire la stabilità e la finitura superficiale necessarie, permette a Lufthansa Technik di ottimizzare continuamente il proprio processo di produzione.
- Testare parti stampate in 3D nello spazio
I ricercatori della NASA stanno esaminando le prestazioni di parti stampante con la tecnologia SLA galvanizzate nello spazio. Gli ingegneri del Goddard Space Flight Center della NASA hanno progettato parti che sono state stampate in 3D su stampanti Formlabs, galvanizzate e inviate nello spazio a bordo di una missione dei servizi di rifornimento commerciale SpaceX (CRS-25) dell’estate 2022 alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
Utilizzando la piattaforma di analisi Materials International Space Station Experiment (MISSE-16) di Alpha Space, posta all’esterno della ISS, i campioni verranno esposti all’ambiente esterno alla stazione spaziale, prima di essere riportati sulla Terra per ulteriori test.
I risultati ottenuti dall’esposizione dei campioni potrebbero fornire informazioni utili alla NASA, ed eventualmente ad altre aziende del settore aerospaziale, su come includere la produzione additiva in eventuali progetti futuri di produzione.
- Prototipazione di attrezzature per il settore aerospaziale con la stampa 3D
Le macchine CNC richiedono competenze e tempo per essere programmate. Se una parte non deve essere necessariamente in metallo, la stampa 3D può essere uno strumento pratico per creare prototipi o strumenti di produzione molto più velocemente e a un costo inferiore.
A&M Tool and Design produce parti e macchine personalizzate per l’aerospaziale, l’ottica e la robotica. Il laboratorio si è modernizzato nel corso degli anni per introdurre una gamma di nuove attrezzature, tra cui la stampa 3D, oltre alle tecnologie tradizionali e alle soluzioni adattate. Ryan Little, ingegnere meccanico di A&M Tool, ha iniziato a valutare quale stampante 3D si adattasse meglio alle loro esigenze e ha selezionato le stampanti 3D di Formlabs.
Nella prototipazione, il laboratorio ha iniziato a utilizzare stampe 3D per testare vestibilità e funzionalità. La stampa 3D consente a Little e al team di realizzare parti molto più velocemente e di sfruttare tutte le ore del giorno, impostando le stampe in modo che vengano eseguite durante la notte e quindi utilizzando le parti il giorno successivo. La stampa è particolarmente utile per quelle geometrie che, se prodotte con una macchina CNC, sarebbero costose e richiederebbero molto tempo.
“La stampante sembra quasi uno strumento ausiliario in aggiunta al software CAD”, ha detto Little. “Facciamo un sacco di prototipi per diversi tipi di strumenti. Se non avessimo la Form 2, molti prototipi rimarrebbero in CAD finché non fossimo pronti per la lavorazione, e ci sarebbero alcune cose che non verrebbero mai realizzate o progettate perché non sarebbe funzionale”.
- Parti stampate in 3D destinate all’uso finale per il settore aerospaziale con la galvanostegia
Elliptika è specializzata nella progettazione e nello sviluppo di prodotti e soluzioni in radiofrequenza (RF) e microonde. L’azienda progetta filtri e antenne personalizzati che vengono utilizzati per la ricerca e lo sviluppo nel settore automobilistico, della difesa, della medicina e dell’istruzione. I progettisti di radiofrequenze Gwendal Cochet e Alexandre Manchec devono realizzare geometrie complesse, mantenere bassi i costi e consegnare rapidamente i progetti. Per raggiungere questi parametri rigorosi, hanno imparato a guardare oltre le tradizionali tecniche di produzione.
Il team di Elliptika ha lavorato con diversi processi di produzione additiva e ha scoperto che la stampa 3D stereolitografica (SLA) è la soluzione migliore per la galvanostegia grazie alle superfici lisce delle parti stampate. “Dopo aver stampato in 3D la parte, dobbiamo rimuovere il supporto, pulirne la superficie e polimerizzarla. Quindi la parte stampata viene sottoposta a un processo chimico per aggiungere uno strato sottile (circa 3 µm) di rame. Infine, la parte può ricevere una finitura superficiale, ad esempio, uno strato più spesso di stagno”.
Elliptika ha ottenuto un ROI positivo sulla sua stampante 3D Formlabs con solo due lavori. Ottenere una parte realizzata da un fornitore esterno costa circa 3000 euro; i costi del materiale e della manodopera per la stampa 3D e la placcatura interna di un’antenna costano solo 20 euro.
Anche il loro ritmo di lavoro è accelerato. Con le tecniche di produzione tradizionali, la fabbricazione di un’antenna potrebbe richiedere fino a tre mesi. “Con la stampa 3D interna, abbiamo parti funzionanti in due giorni. Un giorno per la stampa, un giorno per la placcatura e funziona. Quindi è molto, molto più breve”, ha detto Gwendal Cochet.
Cosa ci riserva il futuro?
Con tecnologie additive più potenti e accessibili che mai, il mercato è pronto a ricevere contributi da un’ampia gamma di soggetti. È difficile dire se le più grandi scoperte nei prossimi 5-10 anni verranno da OEM, fornitori, enti pubblici, startup o università, ma con più persone che mai che si mettono alla prova con la stampa 3D, queste innovazioni arriveranno più velocemente di quanto non sia mai accaduto prima.
Mentre la comprensione della stampa 3D continua a diffondersi nell’industria aerospaziale e mentre la tecnologia e la base dei materiali disponibili diventano sempre più versatili, la tecnologia additiva continuerà a rimodellare il modo in cui costruiamo e manuteniamo aerei e veicoli spaziali.