Texas A&M ottiene finanziamenti DARPA per accelerare la certificazione dell’additive manufacturing
La Texas A&M University, istituto di ricerca pubblica, ha ricevuto un finanziamento pari a 1,6 milioni di dollari dall’agenzia statunitense DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) per sviluppare un sistema in grado di ridurre i tempi di valutazione della qualità e della durata dei componenti stampati in 3D. Nell’ambito del programma SURGE promosso da DARPA, i beneficiari devono ridurre il periodo di certificazione da 18 mesi a soli tre giorni, mantenendo l’infrastruttura di analisi su laptop standard. L’obiettivo è favorire la diffusione dell’additive manufacturing all’interno del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, generando significativi risparmi economici.
Sfida della certificazione rapida e composizione del team
La complessità della certificazione dei pezzi metallici prodotti mediante stampa 3D risiede nelle variazioni microscopiche tipiche di ogni singolo componente. A differenza dei processi industriali convenzionali, in cui le apparecchiature di produzione sono altamente ripetibili, ogni pezzo additivo presenta difetti a livello microstrutturale che ne influenzano resistenza e affidabilità. Valutare la durata di un singolo pezzo oggi richiede circa 18 mesi di calcoli e test. Per affrontare questo ostacolo, quattro ricercatori di Texas A&M hanno costituito un team interdisciplinare:
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Dr. Mosen Taheri Andani, Assistant Professor di Ingegneria Meccanica, responsabile dell’integrazione dei dati in-situ con la caratterizzazione microstrutturale;
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Dr. Raymundo Arróyave, Chevron Professor II di Scienza e Ingegneria dei Materiali, esperto nello sviluppo di modelli predittivi per processi metallurgici;
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Dr. Aala Elwany, Professor di Ingegneria Industriale e dei Sistemi, specialista in modellistica statistica e ottimizzazione dei processi;
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Dr. Ibrahim Karaman, Chevron Professor e Capo del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, con competenze di lungo corso in progettazione di leghe fuse con metodi additivi.
“Accelerare la certificazione di componenti metallici prodotti tramite additive manufacturing rappresenta una delle sfide più complesse del settore. Il nostro gruppo è orgoglioso di contribuire a questo sforzo, essenziale per rafforzare le capacità nazionali,” ha dichiarato il Dr. Taheri Andani.
Il contributo di Texas A&M fa parte di un progetto collaborativo del valore complessivo di 10,3 milioni di dollari, della durata di quattro anni, che coinvolge anche:
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University of Michigan, con esperti in robotica e automazione;
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Auburn University, specializzata in valutazioni di durabilità;
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University of California San Diego (UCSD), con competenze in spettroscopia e analisi microstrutturali;
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ASTM International, ente che sviluppa standard industriali riconosciuti a livello globale;
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Aziende private come Addiguru, specializzata in sensoristica per additive manufacturing, e AlphaSTAR, fornitore di soluzioni metallurgiche avanzate.
Il finanziamento per queste attività viene gestito dalla Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES), centro di coordinamento per la ricerca ingegneristica.
Soluzioni tecnologiche: sensori integrati, intelligenza artificiale e cooperazione
Nei primi due anni del progetto, il gruppo di Texas A&M collaborerà con Addiguru per progettare un pacchetto di sensori integrabili direttamente sulle piattaforme di stampa 3D commerciali. Questo sistema di monitoraggio in tempo reale raccoglierà dati da sensori di diversa natura—telecamere termiche, rilevatori di emissioni spettrali e accelerometri—per seguire il comportamento del metallo fuso durante i passaggi successivi di deposizione. L’idea è creare una rete di dispositivi in grado di catturare informazioni sulle variazioni di temperatura, sulla velocità di raffreddamento e sulle vibrazioni indotte dal processo di fusione laser.
Parallelamente, sarà sviluppato un sistema di rilevazione dei difetti basato su algoritmi di intelligenza artificiale. Questo strumento ad alta risoluzione analizzerà i dati provenienti dai sensori, fondendoli in un’unica piattaforma di interpretazione. In tal modo, sarà possibile individuare in tempo reale eventuali microfessure, porosità anomale o variazioni di densità legate al raffreddamento irregolare del metallo. I risultati dell’analisi consentiranno di prevedere con maggiore rapidità la presenza di difetti critici, riducendo la necessità di test distruttivi e accelerando la validazione dei componenti.
Contemporaneamente, Texas A&M lavorerà insieme a University of Michigan, AlphaSTAR e ASTM International per accelerare la predizione delle caratteristiche microstrutturali generate durante la stampa. Verranno sviluppati modelli previsionali capaci di correlare i parametri di processo—potenza laser, velocità di scansione, spessore dello strato di polvere—con le strutture cristalline e le fasi metallurgiche presenti nel metallo fuso. Queste previsioni permetteranno di stimare proprietà meccaniche come durezza, resistenza a fatica e capacità di smorzamento, fondamentali per la certificazione rapida.
“Partecipare a questo progetto DARPA è un’opportunità per affrontare una delle sfide più stringenti nel campo dell’additive manufacturing; siamo convinti che il nostro contributo avrà un impatto significativo sull’industria e libererà il pieno potenziale della produzione additiva su larga scala,” ha affermato il Dr. Karaman.
Contesto più ampio: standard per la conformità nell’additive manufacturing
La certificazione dei componenti stampati in 3D è cruciale per garantirne qualità, sicurezza e interoperabilità. Nel 2024, l’organizzazione Additive Manufacturing Center of Excellence (AM CoE), con sede in Pennsylvania, ha istituito il Additive Manufacturing Certification Committee (AMCC), composto da 23 membri tra cui aziende di rilievo come Ford, Johnson & Johnson (J&J) e Lockheed Martin. L’AMCC si impegna a definire criteri di audit standardizzati per valutare l’affidabilità della filiera dell’additive manufacturing, conformandosi a benchmark internazionali e alle pratiche già consolidate in ambito industriale.
Parallelamente, l’Applied Science & Technology Research Organization of America (ASTRO America) ha collaborato con produttori aerospaziali quali Pratt & Whitney, Honeywell e General Electric (GE) per semplificare il processo di qualificazione dei fornitori nel settore della stampa 3D. Attraverso il programma America Makes, l’obiettivo è creare un modello comune per la valutazione della capacità produttiva, riducendo la complessità d’ingresso per le piccole aziende. In questo modo, si intende facilitare la diffusione di soluzioni additive nella produzione di componenti aeronautici, uniformando i requisiti tecnici e le procedure di qualifica.
Impatto atteso e prospettive future
L’iniziativa promossa da DARPA con Texas A&M e gli altri partner punta a far sì che un processo che attualmente richiede 18 mesi passi a tre giorni di valutazione, mantenendo procedimenti operativi alla portata di un normale computer portatile. Questo cambiamento consentirà al Dipartimento della Difesa di integrare parti stampate in 3D in tempi rapidi, ad esempio per la sostituzione dei pezzi di ricambio sugli aerei in missione o per la produzione di componenti critici in ambiente bellico. Sul piano economico, si stima un risparmio di milioni di dollari grazie alla riduzione dei tempi di fermo macchina e alla capacità di produrre velocemente pezzi ad alta affidabilità.
A medio termine, il gruppo di ricerca dovrà dimostrare la validità del modello sui banchi prova, con test su componenti reali per applicazioni aerospaziali e industriali. Successivamente, i risultati ottenuti verranno condivisi con enti come ASTM International per aggiornare standard e linee guida, favorendo una più rapida adozione di procedure di qualifica semplificate in tutto il settore.
