La stampa composita 4D può migliorare le ali dei droni, secondo una nuova ricerca Concordia
La tecnica di produzione di Suong Hoa potrebbe rendere i piccoli velivoli più facili da costruire e più efficienti nei consumi
L’industria aeronautica deve far fronte a molteplici pressioni dovute all’aumento dei costi del carburante e al maggiore controllo sugli impatti ambientali e sulla qualità della vita dei suoi aerei. I ricercatori sono alla ricerca di nuovi metodi per contenere le spese migliorando al contempo l’efficienza complessiva e il mercato relativamente nuovo dei veicoli aerei senza pilota (UAV) – o droni – non fa eccezione.
Gli UAV stanno occupando uno spazio sempre crescente nei circoli aeronautici. In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Composite Structures , Suong Hoa e i suoi studenti coautori presentano un metodo per rendere le ali degli UAV più economiche da produrre e più efficienti in volo.
Hoa è professore di ingegneria meccanica, industriale e aerospaziale presso la Gina Cody School of Engineering and Computer Science . Utilizzando una tecnica sperimentata da Hoa, nota come stampa 4D di compositi, gli autori hanno eseguito uno studio di fattibilità sull’applicazione di un nuovo modo per produrre ali di morphing del bordo di uscita conforme (ACTE) adattive. La tecnologia sperimentale sostituisce il lembo dell’ala incernierato comunemente usato con uno che è attaccato al corpo dell’ala principale ma può piegarsi fino a 20 gradi.
“Il nostro articolo mostra che un UAV che utilizza questo tipo di ala può supportare una buona quantità di carico per veicoli di piccole o medie dimensioni”, afferma Hoa, direttore del Concordia Center for Composites .
Suong Hoa: “L’idea è quella di avere un’ala che possa cambiare facilmente forma durante il volo, il che sarebbe un grande vantaggio rispetto agli aerei ad ala fissa”.
Utilizzo di reazioni materiali
La stampa 4D è simile alla stampa 3D tranne per il fatto che cambia i materiali da un luogo all’altro. Il materiale separato viene utilizzato perché reattivo a uno stimolo particolare: acqua, freddo o calore, per esempio. La stampa iniziale viene eseguita su una superficie piana che viene quindi esposta allo stimolo, provocando una reazione e modificando la forma della superficie. La quarta dimensione si riferisce alla configurazione alterata del materiale un tempo piatto.
La stampa 4D composita è più complessa. Piuttosto che utilizzare una sostanza morbida e simile a un impasto comunemente usata dalle stampanti 3D e 4D, si basa su una combinazione nerboruta di filamenti lunghi e fini tenuti in posizione da una resina. Ogni filamento ha uno spessore di soli 10 micron, circa 1/10 del diametro di un capello umano. La stampante composita 4D srotola la sua miscela di filamento-resina in strati ultrasottili ad angoli di 90 gradi l’uno dall’altro. Gli strati vengono quindi compattati insieme e polimerizzati in un forno a 180 ˚C, quindi raffreddati a 0 ˚C, creando un oggetto rigido ma non fragile.
Come spiegano gli autori nel loro articolo, ciò consente loro di creare una sezione di materiale con una curvatura uniforme che è inserita tra le superfici superiore e inferiore del lembo dell’ala. È flessibile e abbastanza forte da supportare la deformazione di 20 gradi richiesta dall’ala per la manovrabilità del volo.
“L’idea è quella di avere un’ala che possa cambiare facilmente la sua forma durante il volo, il che sarebbe un grande vantaggio rispetto agli aerei ad ala fissa”, spiega Hoa.
Crede che la tecnologia 4D composita abbia un grande potenziale per tutti i tipi di applicazioni. La trasportabilità dei suoi prodotti, dice, è una grande attrazione.
“Poiché è piatto, è facile imballare per inviare in aree remote, dall’estremo nord del Canada allo spazio esterno”.
