I polimeri stampati in 3D sono ormai comuni nel settore aerospaziale. Ecco come il metallo può seguire l'esempio.

Se prendete un volo con una qualsiasi delle principali compagnie aeree, è probabile che non siate lontani da una parte in polimero stampata in 3D. Sono ormai comuni per le applicazioni interne con requisiti di carico e prestazioni limitati - parti a bassa criticità - ma arrivare a questo punto ha comportato delle sfide, come la certificazione .

Aziende come Materialise dovevano dimostrare che i pezzi prodotti erano in grado di soddisfare le richieste delle autorità aeronautiche, basando ogni prova di prodotto su dati reali di prestazione. E questo ha richiesto tempo. Avevamo bisogno di materiali qualificati e di un processo definito, raccogliendo le prove in collaborazione con le organizzazioni di progettazione approvate (DOA) piuttosto che affidarci a una scheda tecnica.

La ragione principale di queste restrizioni è la natura intrinseca della produzione additiva. Le proprietà vengono generate durante la costruzione, quindi il processo di stampa 3D influisce notevolmente sul risultato finale dei pezzi. Se, ad esempio, la potenza del laser varia notevolmente, la densità del prodotto potrebbe variare, influenzando le prestazioni o caratteristiche come l'infiammabilità.

Ecco perché è fondamentale controllare l'intero processo e analizzare i dati sulle prestazioni. Oggi è una pratica comune per noi e per molti altri. Possiamo produrre in modo sicuro e ricorrente questi componenti a bassa criticità e adattarne facilmente di nuovi. Abbiamo raccolto oltre un decennio di dati da migliaia di applicazioni e alcuni dei più grandi nomi del settore aerospaziale, come Airbus, si affidano a noi per produrre le loro parti stampate in 3D pronte per il volo.

Ma il potenziale della stampa 3D non si esaurisce con i polimeri: l'industria aerospaziale sta già trovando impiego per parti metalliche stampate in 3D a bassa criticità. I produttori OEM si concentrano sui settori in cui l'AM apporta il massimo valore e applicazioni guida, come l'ugello del carburante LEAP della GE, sono ottimi esempi di ciò che offre in termini di risparmio di peso e integrazione funzionale in ambienti critici. Inoltre, ci sono molte altre applicazioni, come le cornici dei sedili, gli alloggiamenti, le finiture interne e i condotti, che rappresentano una soluzione favorevole o un caso commerciale se stampate in metallo, anche senza fare affidamento sui tradizionali vantaggi tecnici della stampa 3D.

Queste applicazioni sono un fantastico punto di partenza per la stampa 3D in metallo. Proprio come quando si lavora con i polimeri, le applicazioni ideali sono le riparazioni, i ricambi e le parti in cabina, soprattutto per i vantaggi che la stampa 3D apporta all'intera catena di fornitura.

Le compagnie aeree possono stampare pezzi di ricambio su richiesta in modo rapido e conveniente, eliminando i costi in eccesso associati alla conservazione delle scorte e riducendo il rischio di obsolescenza e i ritardi di produzione dei fornitori. Questo metodo diventa ancora più prezioso se si considera l'assenza di quantità minime d'ordine: le compagnie aeree possono ordinare solo i pezzi di cui hanno bisogno, riducendo ulteriormente i costi e i potenziali sprechi.

Se una compagnia aerea identifica una parte che si rompe di frequente, come il pannello di decompressione, è più conveniente ed ecologico ripararla piuttosto che sostituirla. In molti casi, questo percorso è anche più veloce, contribuendo a limitare i costosi tempi di inattività di ciascun aeromobile.

Proprio come nel caso dei polimeri, speriamo di poter iniziare a fornire all'industria parti metalliche che soddisfino le loro esigenze quanto prima, aiutando le compagnie aeree a sfruttare i vantaggi tecnici ed economici della stampa 3D. Allo stesso modo, più produciamo, più dati raccogliamo, contribuendo a rendere ancora più facile per le compagnie aeree portare a bordo queste parti stampate in 3D.

Il primo passo di questo processo è la valutazione del proprio portafoglio da parte delle compagnie aeree e degli OEM. Quali parti metalliche non strutturali utilizzate? Dove le utilizzate? Sarebbero candidati adatti alla stampa 3D in metallo? Se riguardano quelle zone in cui le parti in polimero hanno avuto tanto successo (ricambi, riparazioni e parti in cabina), è probabile che nel prossimo futuro si possano trarre vantaggi dalla stampa 3D.

Quindi, un'impennata nell'adozione di parti metalliche a bassa criticità potrebbe non essere così lontana, ma che dire dei componenti ad alta criticità? È qui che entrano in gioco i nuovi requisiti. A differenza dei polimeri e dei componenti a bassa criticità, dove la resistenza statica e l'infiammabilità sono le caratteristiche chiave, i componenti di lunga durata e sottoposti a carico di fatica devono essere testati sotto sforzo.

Questi test sono rigorosi ed essenziali, poiché, proprio come agli albori della certificazione dei polimeri, la difficoltà sta nel controllare il processo, e con la fusione laser selettiva (SLM) è molto più difficile. Al momento non è possibile escludere il rischio di anomalie, cosa che i produttori di macchine stanno lavorando duramente per migliorare. Purtroppo, prevedere quando e dove queste anomalie possano comparire è attualmente impossibile. Le variabili che possono influenzare il processo sono tantissime e ciò crea un gran numero di possibili modalità di guasto.

Si tratta di un problema importante per le parti sottoposte a carico di fatica, soprattutto in caso di anomalie vicino alla superficie. Anche la loro individuazione non è facile, con qualsiasi apparecchiatura di prova. La TAC funziona bene, ma è costosa e non offre una garanzia del 100%. In effetti, insieme alla post-elaborazione, il controllo della qualità rappresenta una parte significativa del costo della stampa di componenti ad alte prestazioni, un aspetto che dovrà diminuire perché l'adozione possa davvero decollare.

Quindi, cosa possiamo fare per aiutare? La comunità della produzione additiva si sta impegnando a fondo per sviluppare metodi di controllo non distruttivi che possano aiutare a identificare i difetti e ad analizzare le anomalie per capire se possono portare a un guasto. I produttori di macchine stanno facendo tutto il possibile per migliorare la stabilità di processo delle macchine SLM. E stiamo tutti lavorando per raccogliere dati e dare un senso al filo digitale, un'area in cui il controllo di qualità e di processo (QPC) di Materialise può fare da apripista.

Abbiamo visto che il nostro QPC colpisce nel segno con le aziende che cercano di qualificare i componenti. Generano molti dati da diversi sensori e input, che devono essere combinati e correlati. Ma quando questi dati sono archiviati in documenti o posizioni separate, è difficile vederli nel loro contesto. Sono ansiosi di vedere come QPC potrebbe semplificare il filo digitale per la qualificazione delle parti metalliche stampate in 3D, perché sanno che è importante quanto la produzione corretta per risolvere il puzzle.

La nostra vasta esperienza nel flusso di lavoro digitale dell'AM metallo può essere una parte fondamentale di questa equazione, aiutandoci a far progredire il settore. È una risorsa preziosa per generare fiducia tra le aziende aerospaziali, molte delle quali si rivolgono a noi non solo per la produzione, ma anche per avere un aiuto nel dare un senso ai loro preziosi dati. E più le aziende riescono a farlo, meglio è per tutti, anzi è fondamentale per la standardizzazione.

Per Materialise, l'intenzione è di portare la stampa 3D dei metalli nel settore aerospaziale nello stesso modo in cui lavoriamo con i polimeri. Sappiamo che si tratta di un'esigenza diretta di molti dei nostri clienti e vediamo che il settore si sta evolvendo. Il processo può richiedere tempo, ma è inevitabile arrivarci. Fino ad allora, continueremo a fare il possibile per aiutare: assicurandoci di controllare ancora di più i nostri processi, dai fornitori alle merci in arrivo; condividendo i dati che possiamo e aiutando gli altri a organizzare i propri; e perseguendo la standardizzazione in tutto il settore della stampa 3D.

Naturalmente, non possiamo farlo da soli. Per far progredire davvero questo processo, è necessario che l'industria aerospaziale sia disposta a testare nuove acque, a provare nuove cose e a riporre la propria fiducia nella stampa 3D in metallo. Cercate le applicazioni che possono essere migliorate grazie a questa tecnologia, cercate nuove soluzioni ai problemi esistenti e vedrete subito che i metalli portano altrettanti vantaggi all'intera catena di fornitura rispetto ai polimeri. Fornitori come Materialise sono perfettamente in grado di aiutarvi a farlo: non resta che iniziare la conversazione.