Il progetto AMOS (Ottimizzazione della produzione additiva)
Ci sono stati enormi progressi in termini di sicurezza degli aerei negli ultimi due decenni. Tuttavia, l’anno scorso, la rete di sicurezza aerea ha registrato un totale di 15 incidenti mortali di aerei di linea, provocando 556 morti. Con un traffico aereo stimato in tutto il mondo di circa 37.800.000 voli all’anno e oltre tre milioni di passeggeri in volo in un dato giorno, un obiettivo dell’industria aeronautica è quello di mantenere i propri aeromobili da potenziali guasti con riparazioni più veloci su richiesta e costi inferiori. Negli ultimi anni, abbiamo visto come le tecniche di stampa 3D sono state ben accolte nell’industria aerospaziale ; la tecnologia sta trasformando la prototipazione, la produzione e la manutenzione delle parti di uso finale, nonché la produzione di pezzi personalizzati; anchela FAA ha sviluppato un piano normativo completo per far fronte all’adozione dell’industria aerospaziale della tecnologia di stampa 3D .
In particolare, un progetto di ricerca internazionale sta conducendo un’indagine per aiutare l’industria a comprendere i pro ei contro di come la tecnologia di produzione additiva possa aiutare nella riparazione delle parti di aeromobili. Guidato dal Nuclear Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) dell’Università di Sheffield , il progetto AMOS (Additive Manufacturing Optimization and Simulation) si concentra sulle tecnologie additive già utilizzate nell’industria aerospaziale. Affronta anche il potenziale dei diversi metodi di deposizione diretta di energia (DED), come una serie di tecniche che combinano strumenti di saldatura convenzionali con controllo automatizzato per depositare e fondere con precisione polvere metallica o filo metallico, o il processo di arco di tungsteno utilizzato da Nuclear Cella additiva bulk di AMRC.Il team del progetto sta provando a vedere come queste tecniche possono ridurre i tempi e i costi di manutenzione e riparazione regolari per gli aeromobili, riducendo allo stesso tempo gli sprechi di materiale e prolungando la durata di componenti costosi.
Secondo Yaoyao Fiona Zhao , professore del Laboratorio di progettazione e produzione additiva dell’Università McGill, “il progetto fornirà una comprensione fondamentale del comportamento termico e meccanico della polvere e del materiale del filo durante la deposizione e anche una piattaforma di simulazione e ottimizzazione per i partner industriali per ulteriori sviluppare le loro applicazioni specifiche per i componenti. “
AMOS è un progetto a tempo limitato che ha iniziato la sua ricerca a febbraio 2016 e ha un termine a gennaio 2020. Con oltre 2,9 milioni di dollari investiti, è uno dei primi progetti europei-canadesi a essere finanziato nell’ambito della “Mobilità per Crescita della collaborazione nella ricerca e sviluppo aeronautico. Il progetto si concentra su diversi processi chiave di deposizione di energia diretta AM che hanno un grande potenziale da utilizzare come processi di riparazione e ri-produzione efficienti in termini di costi ed efficienti per componenti aerospaziali, come pale di turbina e carrelli di atterraggio. In caso di successo, alla fine il progetto contribuirà a ridurre la debolezza dei componenti aerospaziali in fase di progettazione e ad estendere i loro cicli di vita.
“Esiste una vasta gamma di tecnologie di produzione additive disponibili per i produttori aerospaziali, ma tendono a concentrarsi su una nuova produzione piuttosto che sulla riparazione di parti danneggiate; e il progetto AMOS riunisce alcune delle principali organizzazioni e società di ricerca del mondo per identificare quali tecnologie additive sono più adatte per la riparazione e la rigenerazione e svilupparle per uso commerciale “, ha spiegato Rosemary Gault , coordinatrice del progetto europeo presso l’Università di Sheffield AMRC.
Il consorzio AMOS comprende nove partner provenienti da Canada, Francia, Svezia e Regno Unito, tra cui organizzazioni di ricerca, produttori aerospaziali di alto livello e sviluppatori di tecnologie specialistiche. École Central de Nantes in Francia; GKN Aerospace Engine Systems , McGill University of Montreal e Pratt & Whitney, produttore di motori di jet, sono alcuni dei partner. È sostenuto dalla Commissione europea attraverso il programma Horizon 2020 e dalle agenzie di finanziamento canadesi CARIC e NSERC.
Il progetto coinvolgerà una serie di tecnologie di produzione additiva utilizzate presso i centri e le aziende partecipanti, tra cui sistemi laser a polvere e laser robotizzati operati da Liburdi in Canada, un impianto laser a polvere CNC presso l’Ecole Centrale de Nantes in Francia e laser a diodi robotici a polvere e gli impianti di arco di tungsteno a gas alimentati a filo all’università di Sheffield AMRC. Alla McGill University, AMOS impiega una macchina additiva che verrà utilizzata per depositare Titanio. Nessuna sorpresa, l’uso di Titanium è cresciuto guidato dalle esigenze dell’industria aerospaziale e, secondo un rapporto di SmarTech , le spedizioni di polveri di titanio sono cresciute del 32% nel 2018, con il rapporto che prevede una crescita del 24% dei ricavi in lega di titanio nel 2019. Mentre cresce il mercato del metallo AM, aumenta anche la domanda di polveri metalliche. La ricerca sui materiali si concentrerà su tre leghe aerospaziali ampiamente utilizzate : lega di titanio 6-4 (in filo e in polvere), polvere di acciaio inossidabile ad alta resistenza AerMet 100 e superlega in nichel-cromo Inconel 718 .
Secondo AMOS , i risultati di Inconel hanno dimostrato che i materiali depositati su filo hanno mostrato proprietà di trazione migliori rispetto al materiale depositato in polvere, sia per il materiale as-built che per la regione dell’interfaccia. Per il filo di titanio, lo stress di snervamento, la resistenza a trazione e l’allungamento sono paragonabili al materiale di riferimento standard. Tuttavia, quando si utilizza la polvere, i risultati erano inferiori a quelli dello standard di riferimento. L’indagine su Aermet 100 è in corso, ma la maggior parte dei test è stata completata, sebbene il lavoro continui anche sulla fatica a basso ritmo e sulla propagazione delle cricche.
La ricerca Nuclear AMRC per Amos ha generato enormi quantità di dati metallurgici per quantificare le variazioni tra materiali convenzionali, as-built e riparati, studiando l’integrità dell’interfaccia, le prestazioni e la prevedibilità dei materiali in lega in diversi orientamenti, e come questi dati possano facilitare lo sviluppo degli standard di riparazione DED. Il team Nuclear AMRC sta ora lavorando con campioni che presentano una serie di difetti intenzionali, prodotti da GKN Aerospace. I campioni sono stati scansionati utilizzando un innovativo processo di ispezione sviluppato dai partner canadesi Liburdi e McGill University, e gli specialisti non distruttivi del test AMRC di Nuclear stanno testando la nuova tecnica rispetto alla pratica corrente. Esaminare i processi automatizzati per rilevare i difetti per facilitare le riparazioni DED. Secondo gli specialisti, ora possono identificare alcuni tipi di difetti come vuoti e segni di utensili relativamente facilmente, mentre le crepe sono più difficili.
Le aziende manifatturiere aerospaziali stanno cercando di rendere i loro aeromobili pienamente sostenibili e la tecnologia di stampa 3D aiuta a rendere le parti più leggere, il che a sua volta consente alle aziende di risparmiare denaro in termini di consumi, emissioni e maggiore velocità. La maggior parte dei produttori di aeromobili commerciali si sta dirigendo verso la tecnologia di produzione additiva per ridurre i costi di riparazione e manutenzione. Le compagnie di manutenzione degli aeromobili sono sottoposte a molte pressioni finanziarie da parte dei vettori, che richiedono tali riparazioni a basso costo utilizzando processi e pezzi di ricambio di alta qualità. Altri progetti, come RepAir, stanno inoltre affrontando questo problema con la produzione additiva, impegnandosi nella ricerca sulla riparazione e manutenzione future per l’industria aerospaziale e dimostrando che la tecnologia aggiunge nuove opportunità per la manutenzione e la riparazione in loco. Con la stampa 3D al centro della riparazione e manutenzione degli aeromobili, oltre a diventare il protagonista di molti progetti in tutto il mondo, forse possiamo aspettarci strutture costruite meglio, maggiori caratteristiche di sicurezza sugli aerei e ancora meno incidenti mortali dovuti agli sforzi di manutenzione in loco.
