La produzione additiva metallica trova una nuova applicazione concreta nella manutenzione degli aeromobili. Lufthansa Technik ha riprogettato un piccolo componente soggetto a frequenti danneggiamenti utilizzato nei sistemi di tendina a rullo di alcuni aeromobili Airbus A330, A340 e A380, affidandone la produzione in titanio mediante stampa 3D alla società belga Materialise.
Il componente originale era realizzato in materiale polimerico mediante stampaggio a iniezione. Pur trattandosi di una parte di dimensioni ridotte, il suo cedimento poteva generare un problema economico molto più grande: il ricambio non era disponibile separatamente dal produttore originale e, quando si rompeva, Lufthansa Technik doveva sostituire l’intero gruppo della tendina.
La soluzione sviluppata dalle due aziende modifica radicalmente questa logica.
Lufthansa Technik ha progettato un nuovo elemento in lega di titanio Ti-6Al-4V, ottimizzato per essere prodotto mediante additive manufacturing. Materialise lo realizza attraverso il proprio processo certificato per la produzione aeronautica metallica.
Il nuovo ricambio è stato qualificato per l’impiego sugli aeromobili ed è già utilizzato su velivoli in servizio.
Un componente minuscolo può provocare un costo di manutenzione molto elevato
Il caso affrontato da Lufthansa Technik rappresenta un problema frequente nel settore MRO, acronimo di Maintenance, Repair and Overhaul.
Un aeromobile è costituito da un enorme numero di parti e sottosistemi. Non tutti i singoli componenti, però, sono disponibili come ricambi indipendenti.
Può quindi accadere che un elemento economico contenuto all’interno di un assieme molto più costoso si danneggi, ma che il produttore fornisca soltanto l’intero gruppo.
Nel caso analizzato da Lufthansa Technik, il componente interessato è una piccola chiusura utilizzata nel sistema della tendina a rullo. La sua funzione consiste nel mantenere correttamente in posizione elementi come il freno del rullo e il terminale del sistema.
Il componente originale, stampato a iniezione in materiale polimerico, era sottoposto a usura durante l’esercizio e poteva rompersi.
Il problema non consisteva quindi soltanto nella durata della parte.
Quando la chiusura risultava danneggiata, Lufthansa Technik non poteva acquistare il singolo ricambio dall’OEM e doveva procedere alla sostituzione dell’intero assieme.
Da qui è nata la ricerca di una soluzione alternativa.
Lufthansa Technik non ha semplicemente copiato il pezzo originale
Una delle caratteristiche più interessanti del progetto riguarda il lavoro di riprogettazione.
La soluzione apparentemente più semplice sarebbe stata prendere la geometria del componente polimerico e riprodurla in titanio.
In realtà, questo approccio avrebbe ignorato una delle regole fondamentali della progettazione industriale: cambiando materiale cambiano anche le caratteristiche meccaniche del componente.
Il polimero utilizzato nel pezzo originale possiede una determinata elasticità e si deforma in un certo modo durante l’assemblaggio e l’utilizzo.
Il titanio si comporta diversamente.
Gli ingegneri dell’Additive Manufacturing Team di Lufthansa Technik hanno quindi modificato il progetto tenendo conto delle caratteristiche della lega metallica.
Sono stati rivisti elementi come geometria, spessore delle pareti e risposta elastica.
David Rudolz, Project Engineer di Lufthansa Technik coinvolto nel programma, ha spiegato che la particolare geometria del componente stampato a iniezione lo aveva reso immediatamente un candidato interessante per la produzione additiva metallica.
L’obiettivo non era però trasformare un pezzo in plastica in un identico pezzo metallico.
Il nuovo componente doveva svolgere la stessa funzione all’interno del sistema esistente utilizzando un materiale con proprietà completamente differenti.
La scelta della lega Ti-6Al-4V
Per il nuovo componente è stata utilizzata Ti-6Al-4V, una delle leghe di titanio più diffuse nel settore aerospaziale e nella produzione additiva metallica.
La composizione contiene principalmente titanio con circa il 6% di alluminio e il 4% di vanadio.
Il materiale viene utilizzato in applicazioni nelle quali risultano importanti elevata resistenza meccanica, buon rapporto tra resistenza e peso e resistenza alla corrosione.
Nel caso della chiusura di Lufthansa Technik, il passaggio dal polimero al titanio permette soprattutto di affrontare il problema dell’usura e della durata del componente.
Il nuovo elemento è infatti destinato ad avere una vita operativa sensibilmente superiore rispetto alla versione originale.
Questo aspetto è particolarmente rilevante se si considera che nel settore aeronautico il costo di un componente non coincide semplicemente con il suo prezzo di produzione.
Bisogna considerare anche intervento di manutenzione, disponibilità del ricambio, tempo necessario per la sostituzione e possibile indisponibilità dell’aeromobile.
Perché la stampa 3D è adatta a un ricambio di questo tipo
Produrre una piccola parte metallica con metodi tradizionali sarebbe naturalmente possibile.
La questione è capire quale processo risulti economicamente e tecnicamente più adatto quando servono quantità relativamente limitate di un componente complesso.
Realizzare attrezzature dedicate, stampi o altri sistemi di produzione convenzionale può essere difficile da giustificare quando i volumi sono ridotti.
La produzione additiva elimina invece una parte dei costi legati alle attrezzature specifiche.
Una volta qualificato il processo e definito il modello digitale, il componente può essere prodotto nelle quantità necessarie.
Questo rende l’additive manufacturing particolarmente interessante per il settore dei ricambi aeronautici a basso volume.
Non significa che ogni ricambio debba essere stampato in 3D.
Per componenti prodotti in centinaia di migliaia di unità una tecnologia tradizionale può continuare a essere economicamente superiore.
Il vantaggio emerge invece quando si combinano piccoli lotti, geometrie complesse, necessità di certificazione e difficoltà nel reperire il componente originale.
La chiusura di Lufthansa Technik presenta proprio queste caratteristiche.
Il problema dei ricambi non più disponibili
La vicenda assume un’importanza maggiore se osservata dal punto di vista dell’intera flotta aeronautica.
Gli aeromobili commerciali possono rimanere operativi per decenni.
Durante questo periodo fornitori possono cambiare, alcune linee produttive possono essere eliminate e determinati componenti possono non essere più disponibili nelle quantità originariamente previste.
Esiste inoltre il problema dei ricambi che, pur essendo ancora tecnicamente disponibili, vengono venduti soltanto come parte di un assieme più grande.
La produzione additiva può offrire una soluzione a entrambe le situazioni.
Il modello digitale può diventare la base per produrre una quantità limitata di ricambi quando necessario, evitando di mantenere per molti anni grandi quantità di componenti fisici in magazzino.
Nel settore si parla spesso di digital inventory, cioè inventario digitale.
Invece di conservare migliaia di pezzi, alcune parti possono essere conservate sotto forma di dati produttivi qualificati e realizzate quando servono.
In aeronautica, tuttavia, il concetto è molto più complesso rispetto alla normale stampa on demand.
Non basta possedere il file tridimensionale.
Devono essere controllati materiale, macchina, parametri di produzione, post-processing, tracciabilità e sistema di qualità.
Materialise passa dalla stampa polimerica certificata al metallo
La collaborazione con Lufthansa Technik arriva in una fase importante per Materialise.
La società belga opera da molti anni nell’additive manufacturing aeronautico e aveva ottenuto già nel 2015 le certificazioni EN 9100 ed EASA Part 21.G per la produzione di componenti destinati al volo.
Nello stesso anno Materialise aveva iniziato a produrre componenti polimerici stampati in 3D per l’Airbus A350 XWB.
Questa attività si è progressivamente ampliata.
Materialise produce oggi decine di migliaia di componenti ogni anno per i programmi Airbus e ha accumulato un notevole patrimonio di dati sul controllo dei processi additive.
Nel 2025 l’azienda ha ottenuto la certificazione EN 9100 anche per la produzione additiva di componenti metallici.
Questo passaggio ha ampliato le possibilità industriali dell’azienda nel settore aerospaziale.
La chiusura sviluppata con Lufthansa Technik rappresenta quindi un esempio concreto dell’ingresso di Materialise nella produzione certificata di ricambi aeronautici metallici.
Che cosa significa EN 9100
La certificazione EN 9100 assume un’importanza particolare in questo progetto.
Non bisogna interpretarla come una semplice certificazione del materiale o della singola stampante.
EN 9100 è uno standard di gestione della qualità specificamente sviluppato per l’industria aerospaziale e della difesa, basato sui principi della ISO 9001 ma integrato con requisiti propri del settore.
Tra gli aspetti fondamentali figurano controllo dei processi, gestione dei rischi, tracciabilità, qualità e ripetibilità della produzione.
Questi elementi diventano ancora più importanti nella produzione additiva.
Due componenti apparentemente identici possono infatti presentare caratteristiche differenti se cambiano parametri della macchina, condizioni della polvere, orientamento del pezzo o procedure di post-processing.
Per utilizzare seriamente la stampa 3D nell’aeronautica bisogna quindi dimostrare non soltanto che un pezzo possiede le caratteristiche corrette, ma che il processo è capace di produrre in maniera controllata pezzi conformi nel tempo.
Materialise ha dovuto superare anche l’audit di Lufthansa Technik
La certificazione già posseduta da Materialise non è stata sufficiente, da sola, per iniziare la produzione.
Prima dell’avvio del programma, Lufthansa Technik ha sottoposto Materialise a un audit di qualificazione come fornitore.
Le due aziende hanno quindi lavorato insieme sui requisiti produttivi, sulla stabilità del processo e sui controlli necessari per rispettare le specifiche progettuali definite da Lufthansa Technik.
Questo passaggio evidenzia una differenza fondamentale tra additive manufacturing industriale e semplice stampa 3D.
Nel settore aeronautico il risultato non può dipendere dalla capacità dell’operatore di ottenere occasionalmente un componente corretto.
Ogni fase deve essere documentata e controllata.
Materiale utilizzato, lotto di polvere, parametri, macchina, controlli e operazioni successive devono far parte di una catena produttiva tracciabile.
Il ruolo delle certificazioni EASA Part 21.G e Part 21.J
Anche Lufthansa Technik dispone delle autorizzazioni necessarie per sviluppare e gestire componenti aeronautici certificati.
L’azienda opera come organizzazione approvata secondo EASA Part 21.J, relativa alle attività di progettazione, e Part 21.G, relativa alla produzione.
Questa combinazione di competenze è importante nel caso della chiusura stampata in 3D.
Lufthansa Technik non si limita infatti a commissionare un oggetto a un service di stampa.
Il suo team individua il problema, sviluppa la nuova geometria, definisce i requisiti e inserisce il componente all’interno di un percorso di approvazione aeronautica.
Materialise opera come partner produttivo qualificato.
È questa relazione tra Design Organization e capacità produttiva certificata che permette alla stampa 3D di uscire dalla fase di prototipo ed entrare effettivamente su un aereo commerciale.
Il componente è già installato su aeromobili in servizio
La nuova chiusura in titanio non è un prototipo destinato soltanto a test di laboratorio.
Il componente è stato qualificato per il volo ed è già impiegato su aeromobili operativi.
L’applicazione riguarda i sistemi di tendina a rullo presenti su aeromobili Airbus A330, A340 e A380.
Questo elemento è significativo perché mostra come molte delle applicazioni più concrete dell’additive manufacturing aeronautico non siano necessariamente grandi componenti strutturali o parti di motori.
Spesso il valore economico può trovarsi in parti molto più semplici.
Materialise definisce questo genere di componenti come gli “eroi non celebrati” della stampa 3D aeronautica: elementi di cabina, condotti, supporti e ricambi MRO che ricevono meno attenzione rispetto alle applicazioni nei motori, ma possono offrire vantaggi industriali immediati.
La riparazione sostituisce la sostituzione dell’intero assieme
Il principale beneficio economico del progetto deriva dal fatto che Lufthansa Technik dispone ora di un ricambio individuale.
Quando il componente originale si danneggiava, era necessario sostituire l’intero sistema.
Con la nuova soluzione è possibile intervenire esclusivamente sulla parte interessata.
Il vantaggio è duplice.
Da un lato diminuisce il costo del materiale da sostituire.
Dall’altro si riducono i tempi necessari per completare l’intervento.
A questo si aggiunge un terzo elemento: il nuovo componente in titanio dovrebbe presentare una durata superiore rispetto alla precedente versione in materiale polimerico.
Lufthansa Technik interviene quindi sia sulla riparabilità sia sulla frequenza prevista delle future sostituzioni.
Ridurre gli sprechi mantenendo in servizio il resto del sistema
La stessa logica produce anche un effetto sul consumo di materiali.
Sostituire un intero assieme perché si è rotto un piccolo elemento significa scartare parti che potrebbero essere ancora perfettamente funzionanti.
Produrre esclusivamente il componente necessario permette invece di mantenere in servizio il resto del sistema.
È un principio particolarmente interessante in un settore nel quale gli aeromobili vengono mantenuti operativi per molti anni attraverso manutenzioni e aggiornamenti.
La sostenibilità della produzione additiva non deriva automaticamente dal fatto che un oggetto sia stampato in 3D.
La produzione metallica richiede energia e materiali che devono essere attentamente gestiti.
Il vantaggio deve essere analizzato sull’intero ciclo di vita.
In applicazioni come questa, però, la possibilità di evitare la sostituzione di un assieme completo rappresenta un beneficio concreto.
Un’altra esperienza Lufthansa Technik nella stampa 3D metallica
Lufthansa Technik aveva già portato componenti metallici prodotti in additive manufacturing all’interno di applicazioni aeronautiche certificate.
Un esempio è il cosiddetto A-Link destinato al sistema antighiaccio dei motori IAE V2500.
Il componente serve a fissare un condotto anulare attraverso il quale passa aria calda all’interno della presa del motore per impedire la formazione di ghiaccio.
Nella soluzione tradizionale l’A-Link era prodotto mediante forgiatura in titanio.
Lufthansa Technik e Premium AEROTEC hanno sviluppato una versione prodotta mediante Laser Powder Bed Fusion, qualificata nel 2022 per l’utilizzo aeronautico.
Anche in quel caso l’additive manufacturing risultava particolarmente adatto perché permetteva di produrre quantitativi limitati senza utilizzare gli utensili e gli stampi richiesti da processi tradizionali.
Il nuovo progetto con Materialise porta la stessa logica in un campo diverso: non un componente del motore, ma un piccolo ricambio della cabina.
Da Premium AEROTEC a Materialise: cresce la rete produttiva
La collaborazione con Materialise mostra inoltre come Lufthansa Technik stia costruendo progressivamente una rete di competenze per la produzione additiva.
L’azienda dispone di un proprio Additive Manufacturing Center, ma non necessariamente ogni componente deve essere prodotto internamente.
Lufthansa Technik combina capacità di progettazione e certificazione interne con produttori specializzati opportunamente qualificati.
Al termine del progetto della chiusura in titanio, Materialise è stata riconosciuta come “official workbench” di Lufthansa Technik per la produzione di componenti metallici.
Questo risultato può aprire la strada a ulteriori applicazioni.
Una volta qualificato un fornitore e consolidate le procedure di collaborazione, diventa infatti più semplice valutare nuovi componenti candidati alla produzione additiva.
Materialise e Airbus collaborano dal 2015
Per Materialise, il progetto con Lufthansa Technik si aggiunge a una lunga esperienza con Airbus.
Nel 2015 l’azienda belga aveva iniziato a fornire componenti polimerici FDM destinati all’Airbus A350 XWB.
La collaborazione si è poi estesa ad altre tecnologie.
Nel 2021 Airbus ha qualificato Materialise ed EOS per la produzione mediante sinterizzazione laser selettiva di componenti utilizzando il materiale ignifugo PA 2241 FR sviluppato da EOS.
Questa qualificazione ha consentito a Materialise di disporre di due differenti tecnologie approvate per la produzione di parti Airbus destinate al volo.
L’esperienza accumulata sui polimeri è importante anche per comprendere l’attuale espansione verso i metalli.
La difficoltà principale non consiste soltanto nell’acquistare una stampante capace di processare titanio.
Il vero patrimonio industriale è costituito dai dati accumulati durante anni di produzione, dalle procedure di controllo e dalla capacità di dimostrare la stabilità del processo.
Dalla stampa di 500.000 componenti verso una scala ancora maggiore
Materialise indica di aver prodotto nel corso degli anni centinaia di migliaia di componenti aerospaziali destinati al volo.
I dati aggiornati dell’azienda hanno ormai superato 650.000 parti stampate in 3D installabili o installate sugli aeromobili, con migliaia di differenti serie produttive gestite ogni anno.
Una parte consistente di questa produzione riguarda componenti polimerici.
L’obiettivo dell’espansione della certificazione EN 9100 ai metalli è applicare progressivamente lo stesso modello industriale a una nuova categoria di ricambi e componenti.
Il settore MRO costituisce uno dei campi più interessanti.
Qui i quantitativi necessari possono essere molto inferiori rispetto alla produzione originaria di un nuovo aeromobile e la disponibilità dei ricambi può diventare critica con l’invecchiamento della flotta.
La stampa 3D come strumento per prolungare la vita degli aeromobili
La produzione additiva può assumere quindi un ruolo diverso rispetto a quello generalmente associato alla progettazione di nuovi velivoli.
Non serve soltanto a rendere più leggeri i futuri aeromobili.
Può essere utilizzata anche per mantenere efficienti quelli già esistenti.
Quando una parte non viene più prodotta oppure risulta disponibile soltanto insieme a un assieme costoso, un’organizzazione dotata delle necessarie competenze di progettazione e certificazione può valutare la possibilità di sviluppare un sostituto additivo.
La tecnologia diventa così parte della gestione dell’obsolescenza.
Questo tema è destinato ad assumere una rilevanza crescente man mano che aumenta il numero di aeromobili con molti anni di servizio.
Non basta avere il file 3D per produrre un ricambio aeronautico
Il progetto di Lufthansa Technik e Materialise mostra però anche perché l’idea di un semplice “magazzino digitale” debba essere interpretata con cautela.
Nel settore aeronautico non è sufficiente conservare il file CAD.
Per poter ristampare un componente devono essere preservati e controllati anche moltissimi altri elementi.
Bisogna sapere con quale materiale produrlo, su quale processo qualificato, utilizzando quali parametri, quali trattamenti successivi e quali procedure di controllo.
La documentazione diventa quindi importante quasi quanto la geometria.
Il vero inventario digitale non è semplicemente una cartella contenente modelli tridimensionali.
È un insieme di dati di progettazione, specifiche produttive e procedure certificate in grado di garantire che il ricambio prodotto oggi e quello realizzato tra alcuni anni possiedano caratteristiche conformi.
La certificazione resta la barriera principale
Materialise considera proprio la qualificazione uno dei principali ostacoli alla diffusione della stampa 3D metallica nell’aerospazio.
Per i componenti polimerici destinati agli interni, il settore ha accumulato negli ultimi anni una notevole esperienza.
Per il metallo il percorso è più complesso.
Le caratteristiche meccaniche finali possono dipendere da molte variabili e devono essere dimostrate attraverso dati sufficientemente robusti.
Per questo Materialise sta costruendo un proprio patrimonio di dati di processo provenienti da numerosi cicli produttivi.
L’obiettivo è rendere più semplice dimostrare la ripetibilità delle prestazioni e ridurre progressivamente il lavoro necessario per qualificare nuove applicazioni.
Un caso nel quale il business case viene prima della complessità geometrica
La chiusura sviluppata da Lufthansa Technik è interessante anche perché dimostra che un’applicazione economicamente valida della stampa 3D non deve necessariamente avere una forma spettacolare.
La parte è relativamente piccola.
Non presenta le grandi strutture reticolari o le geometrie organiche che vengono normalmente utilizzate per mostrare le potenzialità della produzione additiva.
Il valore nasce da una combinazione molto più concreta:
il componente originale si rompeva;
non era acquistabile separatamente;
sostituire l’intero sistema era costoso;
i quantitativi richiesti non giustificavano necessariamente una nuova produzione tradizionale;
una versione metallica poteva aumentare la durata;
Lufthansa Technik possedeva le competenze per riprogettarla e certificarla;
Materialise disponeva di un processo produttivo metallico conforme ai requisiti aerospaziali.
È precisamente l’incontro di questi elementi a rendere conveniente l’additive manufacturing.
Dalla stampa 3D dimostrativa alla manutenzione quotidiana
Il progetto di Materialise e Lufthansa Technik rappresenta quindi un passaggio significativo non tanto per le dimensioni del componente, quanto per la normalità della sua applicazione.
Non è un dimostratore tecnologico e non appartiene a un programma aeronautico ancora lontano dall’entrata in servizio.
È un ricambio destinato alla manutenzione di aeromobili Airbus già operativi.
Una piccola parte in polimero soggetta a usura è stata trasformata in un componente in Ti-6Al-4V prodotto mediante stampa 3D, riprogettato per sfruttare le caratteristiche del nuovo materiale e inserito all’interno di una filiera produttiva e certificativa aeronautica.
Lufthansa Technik può ora riparare il sistema sostituendo soltanto l’elemento danneggiato invece dell’intero assieme, mentre Materialise entra nella rete qualificata dell’azienda tedesca per la produzione di parti metalliche.
È proprio in applicazioni di questo tipo che la stampa 3D può diventare uno strumento industriale particolarmente efficace: non sostituire indiscriminatamente i processi esistenti, ma intervenire dove disponibilità dei ricambi, piccoli volumi, costi delle attrezzature e necessità di riprogettazione rendono inefficiente la produzione convenzionale.
Per il settore aeronautico, la combinazione tra inventario digitale, produzione on demand e processi certificati potrebbe quindi modificare progressivamente non soltanto il modo in cui vengono progettati i nuovi aeromobili, ma anche quello in cui vengono mantenute operative le flotte già in servizio.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
