L’industria aerospaziale è stata tra le prime ad abbracciare la stampa 3D alla fine degli anni ’80 e continua a contribuire in modo determinante al suo continuo sviluppo e alla sua adozione.
I produttori e i fornitori di aeromobili sono tra i maggiori utilizzatori della stampa 3D. Tutti i principali costruttori di aerei commerciali e i fornitori di motori hanno adottato la stampa 3D nei loro processi. Molti hanno persino unità aziendali dedicate a lavorare e sviluppare ulteriormente l’hardware, il software, i materiali e i casi d’uso della stampa 3D.
Nonostante abbia 40 anni, è solo di recente che la stampa 3D è passata da un uso di nicchia a uno più mainstream. Oggi, esempi di stampa 3D aerospaziale si trovano in ogni fase della produzione, dalla ricerca e sviluppo (R&S) alla produzione, fino alle parti finali e alla manutenzione.
Un cambiamento di paradigma
La stampa 3D ha cambiato il modo in cui l’industria aereospaziale progetta, sviluppa e produce componenti critici. Vediamo insieme come:
- Leggerezza e Riduzione del Peso: La stampa 3D consente la progettazione di componenti complessi e ottimizzati dal punto di vista strutturale, riducendo il peso complessivo dell’aeromobile. Ciò si traduce in un consumo di carburante ridotto e una maggiore efficienza operativa.
- Personalizzazione e Prototipazione Rapida: La stampa 3D permette la produzione di componenti altamente personalizzati e prototipi rapidi. Gli ingegneri possono testare nuovi design e soluzioni con maggiore flessibilità, accelerando i processi di sviluppo.
- Riduzione dei Costi: Sebbene l’investimento in stampanti 3D di alta qualità possa essere significativo, a lungo termine, la tecnologia può contribuire a ridurre i costi di produzione grazie alla minimizzazione degli sprechi di materiale e alla produzione on-demand.
- Materiali Avanzati: La stampa 3D supporta una vasta gamma di materiali, inclusi leghe metalliche leggere, compositi avanzati e polimeri resistenti al calore. Questi materiali sono fondamentali per resistere alle estreme condizioni dell’ambiente spaziale.
Le 4 Applicazioni di stampa 3D nell’industria aerospaziale
Tra le applicazioni più comuni della stampa 3d nel settore aerospaziale :
PROTOTIPAZIONE
La prototipazione è una fase cruciale del processo di sviluppo del prodotto. Per quanto siano validi gli strumenti di progettazione digitale, non è ancora possibile sostituire la presa in mano e la visione di un oggetto fisico.
Un modello in fase iniziale permette al team di ingegneri di vedere l’aspetto e la sensazione di un prodotto. Permette di vedere come i diversi componenti si relazionano tra loro e di valutare se il prodotto funziona correttamente e soddisfa le specifiche di progetto.
Un tempo i prototipi venivano realizzati a mano o con stampi che dovevano essere progettati e prodotti, spesso da un’azienda esterna. Si trattava di un’operazione costosa che poteva richiedere settimane o addirittura mesi.
La stampa 3D accorcia il ciclo di sviluppo del prodotto, consentendo agli ingegneri aerospaziali di progettare e stampare i prototipi in una frazione del tempo necessario per i metodi di produzione tradizionali.
La riduzione del periodo che intercorre tra i perfezionamenti della progettazione consente di condurre un maggior numero di test nello stesso tempo o in tempi più brevi e aiuta a evidenziare prima i potenziali problemi. Ciò consente alle aziende aerospaziali di accelerare il time to market e di rimanere in testa alla concorrenza.
UTENSILI, MASCHERE E ATTREZZATURE
Un’area di produzione in cui la stampa 3D aerospaziale si sta rivelando particolarmente vantaggiosa è la creazione di utensili, maschere e attrezzature rapide a basso costo. Gli aerei contengono milioni di componenti e sottogruppi separati, molti dei quali sono complessi e devono essere montati con precisione sulla cellula (la struttura meccanica di base di un aereo).
A tal fine sono necessarie centinaia di maschere di produzione, dispositivi, guide e sagome specifiche per ogni aeroplano. La stampa 3D di questi elementi in loco o nelle immediate vicinanze può consentire un notevole risparmio di tempo e di costi, tra il 60% e il 90%, rispetto alle tecniche di produzione convenzionali.
PARTI DI PRODUZIONE
Esistono due categorie principali di parti di produzione stampate in 3D utilizzate nel settore aerospaziale:
Parti interne dell’aeromobile – come condotti d’aria, pannelli a parete, pezzi di rifinitura, coprisedili, schienali, maniglie, dispositivi di illuminazione e accessori per la cabina. Le parti interne rappresentano attualmente la maggior parte delle parti stampate in 3D in volo, poiché sono classificate come non critiche o poco critiche per il volo.
Ciò rende relativamente semplice ottenere la certificazione da parte delle autorità dell’aviazione civile. Tuttavia, le parti interne sono spesso visibili ai passeggeri e potrebbero dover interagire con esse. Ciò richiede che siano non solo funzionali ma anche esteticamente gradevoli.
Parti meccaniche dell’aeromobile – come gli ugelli del carburante, le staffe di montaggio, le traverse, i profili aerodinamici, i portelli e gli alloggiamenti. Le sollecitazioni meccaniche e termiche a cui sono sottoposte queste parti, soprattutto quelle associate ai motori, fanno sì che siano solitamente realizzate in un metallo come il titanio o l’alluminio.
Finora solo pochi componenti hanno ottenuto lo status di sicurezza di volo, poiché il processo di approvazione è più rigoroso per i componenti critici per il volo. Questo numero è in costante aumento grazie alla continua ricerca di nuovi materiali e processi e al fatto che le autorità di regolamentazione e i produttori si stanno abituando alla tecnologia di stampa 3D.
RICAMBI E RIPARAZIONI DI MANUTENZIONE
La manutenzione, riparazione e revisione (MRO) è una parte vitale dell’industria aerospaziale. Il termine comprende tutte le attività di assistenza e ispezione intraprese per garantire che un aeromobile possa operare in sicurezza.
Un aeromobile diventa generatore di reddito quando è in volo. Ridurre al minimo il “tempo a terra” è quindi fondamentale per i fornitori di servizi di manutenzione. A tal fine è necessario avere il pezzo giusto nel posto giusto con un ritardo minimo.
L’industria aerospaziale ha una delle catene di fornitura più lunghe di qualsiasi altro settore. Avere i pezzi disponibili quando servono porta le aziende ad accumulare grandi quantità di componenti nei magazzini con costi considerevoli.
La velocità, la flessibilità e l’efficienza della stampa 3D aerospaziale consentono ai produttori di produrre parti di ricambio su richiesta. Ciò è drasticamente più rapido ed economico rispetto all’ordinazione attraverso i canali di fornitura standard, con l’ulteriore vantaggio di parti personalizzate adatte allo scopo. Questo non solo contribuisce a ottimizzare i livelli di inventario, ma elimina anche la necessità di mantenere strutture di stoccaggio. Inoltre, gli ingegneri possono prendere componenti difficili da ottenere o obsoleti e riprogettarli per la stampa 3D. In questo modo si possono ottenere risparmi in termini di tempo, costi e manodopera, oltre a parti più leggere e con prestazioni migliori.
Industria aerospaziale e stampa 3d: Sfide e Futuro
Nonostante i numerosi vantaggi, ci sono ancora sfide da affrontare nella stampa 3D per l’industria aerospaziale, tra cui la certificazione dei componenti e la necessità di standard di produzione rigorosi.
Tuttavia, il futuro sembra promettente. La continua evoluzione della tecnologia e la sua adozione sempre più diffusa stanno aprendo la strada a nuove innovazioni e possibilità nel settore aerospaziale. La stampa 3D sta sollevando voli, portando l’industria a nuove altitudini di efficienza e creatività.
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