Basandosi sul successo, il team di Tunnel 9 cerca di portare il programma di stampa 3D alla dimensione successiva
Ma sin dal suo inizio nella struttura, la produzione additiva, più comunemente nota come stampa 3D, si è evoluta ed è sbocciata presso l’Arnold Engineering Development Complex Hypervelocity Wind Tunnel 9 a White Oak, nel Maryland. Dagli impianti di perforazione in plastica agli elementi vitali per le operazioni in galleria, ora è possibile fabbricare internamente una moltitudine di componenti.
“Il successo di AM al Tunnel 9 è a dir poco entusiasmante”, ha affermato Samuel Gigioli, ingegnere del sistema Tunnel 9 e della fornitura di azoto. “La prototipazione in plastica è un interesse crescente qui, poiché sempre più persone vengono da me con un interesse o la necessità di parti di stampa 3D. Possiamo sputare parti in poche ore anziché in settimane. Che si tratti di un pezzo di prova o di un prototipo, il processo accelera ulteriormente le nostre operazioni e può avere un grande impatto sul successo della missione di Tunnel 9”.
E questo potrebbe essere solo l’inizio.
Circa sette anni fa, Tunnel 9 ha acquisito la sua prima stampante 3D, un piccolo dispositivo a filamento che potrebbe essere utilizzato per sfornare rapidamente alcune semplici parti in plastica. Tuttavia, questa stampante “per hobby” avrebbe presto trovato la sua strada per l’archiviazione poiché le stampe provenienti da essa non avevano successo.
Nel 2019, durante la sua prima estate di lavoro al Tunnel 9, Gigioli ha avuto il compito di rilanciare le capacità della stampante. Ciò includeva l’ordinazione di nuove parti, filamenti e materiali per l’apparato. Il secondo round con la stampante si è rivelato più vincente del primo. Dopo la sua reintroduzione, AM al Tunnel 9 è stato utilizzato principalmente per produrre piattaforme di montaggio in plastica, infissi, calibri e cose del genere.
Spinto da questi progressi, Tunnel 9 ha successivamente acquisito due stampanti 3D aggiuntive. One, una stampante a base di resina, è in grado di stampare parti piccole ma altamente dettagliate e resistenti. L’altra, una stampante a doppio filamento, è in grado di stampare costantemente parti grandi e molto dettagliate.
“Ci sono stati alcuni prototipi applicati al tunnel”, ha detto Gigioli. “In effetti, una parte aero-ottica molto critica è stata prototipata con la nostra stampante in resina, ma la maggior parte delle stampe sono rig, misuratori di test fit o altre parti varie”.
Non sarebbe passato molto tempo prima che Gigioli, ora considerato il “guru” della stampa 3D di Tunnel 9, assumesse un ruolo maggiore negli sforzi di AM e i progetti stessi assumessero un livello maggiore di importanza.
Nel febbraio 2020 è stato lanciato al Tunnel 9 un progetto di ricerca e sviluppo che coinvolge la produzione additiva di hardware metallico rifrangente. Gigioli si è presto fatto carico di questo sforzo, volto a ridurre i tempi di consegna e i costi di produzione per alcune parti ad alta temperatura utilizzate nel Tunnel 9 .
“Queste parti del Tunnel 9 resistono a condizioni molto cicliche, ad alta pressione e temperatura, quindi la durata di queste parti è significativamente più breve rispetto ad altre parti del tunnel”, ha affermato Gigioli. “Queste parti possono sperimentare fino a 3.000 gradi Fahrenheit. Questo è il motivo per cui vengono scelti i metalli rifrangenti, in quanto sono metalli in grado di resistere a temperature estreme con una deformazione relativamente ridotta”.
Lo sforzo di ricerca e sviluppo in corso di AM è guidato da Gigioli, che è responsabile della manutenzione di materiali, dispositivi e stampanti AM, e Nicholas Fredrick, Chief Facility Engineer di Tunnel 9. Lavorano con un paio di squadre di appaltatori, uno dei quali stampa le parti e gestisce l’intero processo di produzione dall’inizio alla fine, e un altro che fornisce la polvere da stampa e analizza le caratteristiche del materiale.
Forse il risultato più significativo del programma di ricerca e sviluppo finora è stata la produzione di successo di un componente noto come rivestimento dell’orifizio a petalo. Questo dispositivo, parte integrante delle corse di tunnel ad alto numero di Mach, è situato tra i due diaframmi di scoppio che il Tunnel 9 utilizza per fungere da valvola ad alta velocità.
AM in genere utilizza un computer, un software di modellazione 3D, attrezzature per macchine e materiale per la stratificazione. Una volta che un articolo è stato progettato utilizzando il software, l’apparecchiatura AM legge i dati per fabbricare una versione tridimensionale dell’oggetto. I materiali utilizzati nel processo possono includere una varietà di filamenti, polimeri e metalli. Attraverso AM, strati di materiali vengono uniti o fusi insieme per creare l’oggetto specificato.
Nel caso di una parte metallica rifrangente, l’AM viene completato attraverso un processo noto come fusione laser a letto di polvere. Con questo metodo, il metallo inizia come una polvere metallica altamente raffinata e controllata. A questa polvere viene applicato un laser ad alta potenza che essenzialmente fonde le particelle di metallo strato per strato fino a quando il pezzo non viene formato secondo le specifiche.
La nave AM, ha detto Gigioli, ha superato la sua controparte in ferro battuto che è stata utilizzata per decenni nella struttura.
“La parte è più economica da produrre, più veloce da produrre e consegnare ed è più resistente al carico ciclico della temperatura”, ha affermato Gigioli. “Il processo AM crea microstrutture davvero uniche all’interno del materiale e, di conseguenza, le proprietà strutturali e termiche della parte sono diverse dal tradizionale metallo ricavato dal pieno.”
Le persone coinvolte in AM al Tunnel 9 hanno già iniziato a lavorare sulla prossima parte stampata in 3D da applicare in condizioni di alto numero di Mach. Questo componente, un separatore di particelle, agirebbe per eliminare le particelle sospese nell’aria nel flusso di gas senza ostacolare il flusso di massa nel tunnel.
“Stiamo ancora aspettando che il componente sia completamente finito, ma speriamo di implementare il componente in un programma di test a partire da settembre”, ha affermato.
Il successo del programma di stampa 3D al Tunnel 9 ha acceso conversazioni tra i membri del team su potenziali futuri progetti AM.
“Io e le persone coinvolte in questo progetto di ricerca e sviluppo siamo entusiasti di ciò che il futuro riserva ad AM”, ha affermato Gigioli.
I loro sforzi fino a questo punto non sono passati inosservati. Parte dello sforzo di ricerca del team consiste nel mostrare il potenziale dell’AM per l’intero Dipartimento della Difesa. Gigioli ha affermato che il personale di vari componenti DOD è già intervenuto per complimentarsi del successo del team di Tunnel 9 ed esprimere il proprio stupore per la tecnologia AM o esaltarne il potenziale.
Con il successo del rivestimento dell’orifizio a petalo AM ancora in mente, Gigioli ha affermato che le possibilità per la stampa 3D potrebbero essere illimitate.
“Immagina se ridimensioniamo questo processo fino a più parti di tunnel o persino a interi sistemi”, ha affermato. “Ora alcuni componenti DOD sono interessati alla stampa di modelli di prova o modelli all’avanguardia.
“Spero di continuare a guidare il Tunnel 9 su questa strada e aumentare il nostro successo attraverso questa tecnologia”.
