LEAP 71, azienda di Dubai specializzata in ingegneria computazionale, e Farsoon, produttore cinese di sistemi industriali per la stampa 3D metallica, hanno presentato un dimostratore di precooler ipersonico alto 1,5 metri, progettato per motori a respirazione d’aria destinati a velivoli single-stage-to-orbit (SSTO). Il componente, interamente progettato tramite modelli computazionali e prodotto con stampa 3D metallica a letto di polvere, è pensato come elemento chiave di un sistema propulsivo che decolla da una pista tradizionale, accelera a velocità ipersoniche respirando aria, e solo in un secondo momento passa alla modalità razzo per raggiungere l’orbita.
Verso veicoli winged SSTO: perché il precooler è cruciale
I velivoli a decollo orizzontale che mirano all’orbita in un solo stadio promettono maggiore riusabilità e operatività “da aeroporto”, ma portano con sé sfide estreme di gestione termica. A velocità ipersoniche, l’aria che entra in presa può raggiungere temperature di migliaia di kelvin per effetto di stagnazione. Questa aria deve essere rallentata, raffreddata e gestita dal sistema propulsivo senza distruggerne struttura e materiali. Il precooler è il cuore di questo processo: un complesso scambiatore di calore che sottrae energia termica all’aria in ingresso trasferendola a un fluido criogenico, in questo caso idrogeno liquido, prima che l’aria entri nella sezione di compressione e combustione del motore. L’obiettivo del dimostratore di LEAP 71 e Farsoon è proprio mostrare che una geometria così complessa può essere effettivamente progettata in modo algoritmico e realizzata in metallo su scala industriale, mantenendo al tempo stesso un flusso aerodinamico coerente con il regime ipersonico.
Noyron: il modello computazionale alla base del precooler ipersonico
Alla base del progetto c’è Noyron, il Large Computational Engineering Model sviluppato da LEAP 71. Noyron integra logica, fisica e vincoli produttivi in un unico framework che non si limita a “aiutare” l’ingegnere, ma genera direttamente geometrie ingegneristiche complete a partire da specifiche ad alto livello. Da questo modello generale derivano specializzazioni come Noyron RP per i motori a razzo e Noyron HX per gli scambiatori di calore, esattamente la classe di oggetti a cui appartiene il nuovo precooler.
Per il dimostratore ipersonico, il team guidato da Josefine Lissner, Managing Director di LEAP 71 e Principal Architect di Noyron, ha implementato in Noyron un algoritmo di “fractal folding”: la struttura interna del precooler viene piegata, ramificata e intrecciata in modo ripetitivo per aumentare enormemente la superficie di scambio termico senza creare brusche discontinuità di flusso. L’aria iper-riscaldata percorre canalizzazioni aerodinamiche, fisicamente separate dai condotti in cui scorre l’idrogeno liquido: il risultato è una matrice compatta di canali intrecciati, ottimizzata per massimizzare lo scambio di calore in condizioni di carico termico estremo e compatibile con la produzione via LPBF (Laser Powder Bed Fusion).
Dall’algoritmo al metallo: il ruolo della piattaforma Farsoon FS811M-U-8
Per trasformare la geometria generata da Noyron in un componente fisico alto 1,5 metri, LEAP 71 ha collaborato con Farsoon e con la piattaforma FS811M-U-8, una variante della serie FS811M per la fusione a letto di polvere metallica. La famiglia FS811M è progettata per applicazioni di grande formato, con un volume di costruzione di 840 × 840 × 960 mm, pari a circa 677 litri, e può essere equipaggiata fino a 12 laser in fibra da 500 W. Questo colloca la macchina tra le soluzioni LPBF di maggior volume attualmente disponibili sul mercato, pensate specificamente per i settori aerospaziale, oil & gas, energia e automotive.
Nel caso del precooler ipersonico, la combinazione tra grande volume utile, architettura multi-laser e gestione avanzata del gas di processo consente di produrre un pezzo alto quanto una persona, mantenendo nel tempo una qualità omogenea lungo l’intera altezza del componente. Farsoon sottolinea come la serie FS811M utilizzi un sistema di flusso gas multilayer e di filtrazione permanente, proprio per garantire condizioni stabili e un contenuto di ossigeno controllato durante job molto lunghi, tipici di componenti di questo tipo.
Una delle parti LPBF metalliche più alte mai realizzate
LEAP 71 e Farsoon definiscono il precooler come una delle parti più alte mai prodotte tramite fusione a letto di polvere metallica, non solo per il dato numerico dei 1,5 metri, ma per la complessità interna della struttura. A differenza di un semplice cilindro, il componente ospita una rete fitta di canali, superfici piegate e vuoti interni che devono rimanere perfettamente puliti da polvere residua, tollerare gradienti termici e meccanici elevatissimi e mantenere tolleranze geometriche strette, soprattutto nelle zone in cui aria e idrogeno liquido scorrono a pochi millimetri di distanza.
Il lavoro congiunto tra l’algoritmo di Noyron e la piattaforma FS811M-U-8 dimostra come, per componenti di questo tipo, progettazione computazionale e AM metallica di grande formato debbano essere considerate come un unico flusso integrato, più che come due fasi separate. L’obiettivo dichiarato dalle aziende è di alimentare il dibattito su architetture propulsive a respirazione d’aria per sistemi riutilizzabili, andando oltre il paradigma dominante del lancio verticale con razzi multi-stadio.
LEAP 71: dal motore aerospike al nuovo iniettore da 2 MN
Il precooler ipersonico è solo l’ultimo tassello di un percorso in cui LEAP 71 ha già usato Noyron per componenti spaziali complessi:
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un motore a razzo da 5 kN, progettato senza CAD tradizionale e stampato in rame, testato con propellenti kerolox;
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un motore aerospike generato e ottimizzato con Noyron, in grado di affrontare le difficoltà di raffreddamento tipiche di questa architettura, affrontate con una fitta rete di canali alimentati da ossigeno criogenico;
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più recentemente, la testina iniettore per un motore XRB-2E6 da 2 MN (circa 2000 kN), prodotta insieme a Nikon SLM Solutions su macchina NXG 600E in lega di nichel Inconel 718, validata come componente LPBF di grandi dimensioni per motori a combustione stadiata a pieno flusso (FFSC).
Questi progetti dimostrano che il precooler ipersonico non è un episodio isolato, ma parte di una strategia più ampia in cui motori a razzo, scambiatori di calore e strutture aerospaziali sono trattati allo stesso modo: come problemi di ingegneria computazionale da risolvere con Noyron e poi materializzare con partner come Farsoon, Nikon SLM Solutions e altri attori dell’AM industriale.
Perché i precooler ipersonici interessano la comunità della stampa 3D
Gli studi accademici su precooler ipersonici mostrano che queste strutture sono tipicamente basate su migliaia di micro-tubi o canali paralleli, spesso alimentati con fluidi supercritici come metano o idrogeno. Le condizioni operative – alte pressioni, flussi turbolenti, differenze di temperatura di diverse centinaia o migliaia di gradi – richiedono materiali ad alte prestazioni e geometrie che sarebbero difficilmente realizzabili con lavorazioni convenzionali.
La manifattura additiva metallica consente di integrare in un unico pezzo volumi di flusso, reticoli di raffreddamento e supporti strutturali, riducendo giunzioni e potenziali punti deboli. Componenti come il precooler di LEAP 71 e Farsoon beneficiano inoltre della possibilità di iterare rapidamente il design, modificando direttamente il modello computazionale Noyron e inviandolo in macchina senza ridisegni manuali. Questo si inserisce in una tendenza più ampia, che vede la stampa 3D metallica impiegata per motori ramjet e scramjet, camere di combustione e condotti ipersonici.
La visibilità a Formnext 2025 e le prospettive applicative
Il precooler ipersonico da 1,5 metri sarà esposto a Formnext 2025 a Francoforte, presso lo stand di Farsoon (Hall 11.0, Booth E11). Per Farsoon, è l’occasione di mostrare in modo concreto cosa può fare una piattaforma come la FS811M-U-8 su componenti mission-critical; per LEAP 71, è una vetrina per il proprio approccio “code-first”, in cui il progetto nasce come modello computazionale e viene poi assegnato alla macchina più adatta.
Le due aziende dichiarano che il dimostratore vuole riaccendere l’interesse verso velivoli spaziali alari e sistemi a decollo orizzontale, offrendo un esempio concreto di come un componente chiave – lo scambiatore precooler – possa essere affrontato con metodi digitali avanzati e produzione additiva industriale. In prospettiva, soluzioni simili potrebbero trovare applicazione non solo in veicoli SSTO, ma anche in piattaforme ipersoniche riutilizzabili per difesa, test di volo e trasporto ad alta velocità su lunghe distanze.
