I ricercatori aeronautici della NASA stanno usando la stampa 3D per generare nuovi dati per affrontare il problema della sicurezza aerea del ghiaccio. I dati ad alta fedeltà delle forme di ghiaccio generate sulle ali degli aerei sono documentati mediante scansione laser 3D. Le forme di ghiaccio complesse sono anche stampate in 3D per comprendere meglio la formazione del ghiaccio e i suoi effetti su un aereo.
Tali dati, che saranno disponibili al pubblico nel 2020, sono il risultato di un programma di ricerca quinquennale cooperativo che ha coinvolto la NASA, la Federal Aviation Administration (FAA), il French Aerospace Lab (ONERA) e diverse università statunitensi.
In passato, la ricerca sul ghiaccio si basava sulla generazione di ghiaccio reale in una galleria del vento appositamente attrezzata. Le goccioline d’acqua Supercold vengono soffiate su parti di un aereo, come un’ala, che si congelano al contatto. In queste condizioni controllate, le forme di ghiaccio risultanti corrispondono da vicino a quelle formate in natura. Le forme di ghiaccio vengono quindi documentate e utilizzate per eseguire simulazioni al computer per studiare gli effetti di varie forme di ghiaccio sull’aerodinamica di un aereo.
I metodi utilizzati per documentare e analizzare tali forme sono stati finora relativamente semplici. “Il nostro metodo più comune era quello di tagliare una fetta nel ghiaccio usando una piastra di metallo riscaldata e inserire un pezzo di cartone al suo interno, quindi tracciare il contorno della forma del ghiaccio con una matita”, ha detto Andy Broeren, ingegnere del ghiaccio presso la NASA Glenn Centro di ricerca (GRC) a Cleveland. Poiché i tracciati erano piuttosto basilari nella loro costruzione, i dettagli fini della forma del ghiaccio andarono persi. Pertanto, il codice del computer risultante non può rappresentare pienamente il fenomeno del mondo reale.
Nel corso degli anni, i ricercatori hanno tentato di produrre e misurare artificialmente forme più complesse con metodi classici di modellistica come lo stampaggio e la fusione. Tali modelli sarebbero quindi fissati alle superfici degli aeromobili e testati nelle gallerie del vento.
La NASA sta già utilizzando la stampa 3D per produrre sensori chimici , motori a razzo e robot software per missioni spaziali. Questa volta, l’agenzia sta applicando la stampa 3D come strumento di ricerca per comprendere meglio la formazione di ghiaccio e i suoi effetti su un aereo. “Se riusciamo a migliorare la nostra comprensione di come il ghiaccio si forma e influenza gli aeromobili in volo, tali dati ad alta fedeltà potrebbero aiutarci in diversi modi importanti”, ha aggiunto Broeren.
I vantaggi della stampa 3D includono una migliore validità degli strumenti di simulazione al computer che aiutano a prevedere la formazione di ghiaccio e aerei più efficienti in termini di consumo di carburante ed economici. Inoltre, i dati ad alta fedeltà consentiranno alla FAA di adattare i suoi requisiti per certificare la capacità di un velivolo di gestire la formazione di ghiaccio. Attualmente, il margine aggiuntivo per la sicurezza nei progetti di aeromobili in caso di ghiaccio si basa su dati di ricerca sulla glassa obsoleti. L’adeguamento migliorerà la sicurezza dei velivoli e ridurrà anche i costi di sviluppo per i produttori di velivoli.
Questo progetto di ricerca sul ghiaccio è iniziato nel 2015 utilizzando la galleria del vento a velo al GRC. “Quando abbiamo iniziato questo progetto, non avevamo davvero una buona capacità di misurare il ghiaccio in tre dimensioni e di renderlo con una stampante 3D ad alta fedeltà”, ha affermato Broeren. “Ora lo facciamo.”
All’interno della galleria del vento ghiacciata di GRC, il team utilizza lo scanner laser 3D per misurare la forma del ghiaccio generata su una sezione alare su larga scala. Modelli 3D di ghiaccio su velivoli vengono quindi costruiti e manipolati nei computer. Sculture di ghiaccio accurate sono stampate in 3D da un appaltatore.
La ricerca è proseguita fino alla fine del 2018, quando i test si sono conclusi in Francia nella galleria del vento di ONERA. Da allora i ricercatori hanno compilato, perfezionato e condiviso i loro risultati attraverso documenti tecnici e presentazioni. La serie finale di dati diventerà pubblica quando l’accordo quinquennale terminerà ufficialmente il 31 maggio 2020.
Un esempio di forme di ghiaccio complesse prodotte da una stampante 3D che sono state utilizzate in una galleria del vento presso il GRC di Cleveland per studiare i loro effetti sull’aerodinamica di un aereo 
Una parte dell’ala di un aereo viene testata in una galleria del vento presso il laboratorio aerospaziale francese (ONERA) nell’ambito di un programma cooperativo di ricerca sul ghiaccio di aeromobili di cinque anni che ha coinvolto la NASA, l’ONERA e diverse università statunitensi. Foto via ONERA.