L’Additive Manufacturing nel settore aerospaziale

La produzione additiva non è una novità nel mondo dell’aviazione, ma sempre più aziende stanno adottando questa tecnologia, ad esempio per motori stampati in 3D.

di Chiara Bogo

Negli ultimi anni l’Additive Manufacturing (AM) ha fatto passi da gigante. Con questa tecnologia, che non è più solo un metodo per realizzare prototipi, gli ingegneri possono creare qualsiasi forma che soddisfa al meglio le esigenze di progetto, con la possibilità di produrre oggetti e componenti ovunque necessario: in fabbrica, sott’acqua, in aree di crisi o persino nello spazio.
La produzione additiva non è una novità nel mondo dell’aviazione, ma sempre più aziende stanno adottando questa tecnologia, ad esempio per motori stampati in 3D.
L’Additive Manufacturing consente di accelerare il processo di innovazione, evitare il ricorso agli stampi, abbattere fino al 90% il consumo di materie prime ed energia in produzione e ridurre i costi di carburante per gli aerei. Ma in che modo le aziende aerospaziali possono adottare la produzione additiva anticipando i loro concorrenti?

I vantaggi dell’Additive Manufacturing
Gli ingegneri affrontano la sfida dell’AM per rispondere ad alcune domande.

  • Come possiamo realizzare una struttura che sia al tempo stesso più leggera e più resistente?
  • Possiamo stampare parti di ricambio sul posto garantendo elevati livelli di qualità, adeguati alle specifiche tecniche e funzionali?
  • Come possiamo ottenere la necessaria durabilità?
  • Come possiamo utilizzare l’AM per produrre assiemi completi piuttosto che singole parti?
    L’Additive Manufacturing consente agli ingegneri di ottimizzare le parti standard in termini di costi e peso, prototipando e producendo parti complesse in modo rapido ed economico. L’AM riduce gli sprechi di materiale rispetto alle tradizionali tecniche di fresatura (asportazione). Gli ingegneri sfruttano la piattaforma 3DEXPERIENCE per progettare e simulare parti altamente ottimizzate tenendo conto di ingombri, carichi, vincoli, processi produttivi e utilizzo di diversi materiali (polimeri, metalli, compositi), e poi ricorrono a diversi tipi di stampanti 3D per realizzare queste parti ottimizzate.
    La produzione additiva consente di combinare diverse parti o distinte base (BOM) in un unico “oggetto”, ottenendo grandi risparmi grazie alla riduzione e alla semplificazione di assemblaggio, manodopera, inventario e manutenzione, oltre che dei processi di certificazione basati su documentazione cartacea. L’AM permette inoltre di creare forme estremamente complesse, non realizzabili con le tecniche di produzione per asportazione tradizionali, e di ridurre la quantità di materiale e il peso dal 40 fino al 90% circa. Gli scarti vengono drasticamente ridotti fino all’80-90% rispetto alle lavorazioni meccaniche e altre lavorazioni ad asportazione.

Ottimizzazione in giorni invece che mesi
L’Additive Manufacturing offre una libertà di progettazione finora sconosciuta e una flessibilità nettamente superiore rispetto ai tradizionali processi produttivi. Come ogni altro processo, per operare con la necessaria efficacia le aziende devono tenere conto delle particolarità della produzione additiva e i relativi campi di applicazione.
Finora ogni reparto utilizzava modelli diversi specifici per il proprio lavoro: modelli geometrici (CAD), modelli per la produzione e l’assemblaggio, modelli descrittivi delle funzionalità (simulazione) che integrano anche il comportamento del sistema, e modelli multi-fisici. L’esistenza di diversi modelli costringe a una serie di passaggi di documenti fra ingegneri, progettisti e analisti; tutto questo può provocare proliferazione dei dati, la cui gestione può rapidamente divenire problematica e richiedere parecchie settimane.
La tecnologia di progettazione generativa (Generative Design) consente ai progettisti di fare innovazione utilizzando in un ambiente unificato uno strumento di progettazione e simulazione con un nuovo flusso di lavoro intuitivo. Anche progettisti non specializzati possono generare automaticamente parti concettuali da una specifica funzionale. Basta premere un tasto per lanciare una simulazione e generare la forma ottimizzata. La parte può quindi essere completamente validata nel contesto della specifica precedentemente definita. Diventa così facile per utenti non esperti ottenere risultati da esperti.
Molti progettisti utilizzano già il Generative Design con risultati eccellenti. Un’azienda ha realizzato in soli due giorni un prodotto per il quale servivano solitamente tre mesi. Un’altra ha ridotto i tempi di quattro volte e i pesi del 20-30%.

Dal prototipo alla produzione
Dassault Systèmes collabora con molte società aerospaziali per definire nuove modalità di produzione che sfruttano i vantaggi dell’Additive Manufacturing e per cambiare il modo in cui parti e sistemi vengono progettati, prodotti e manutenuti. Ad esempio per portare l’AM dalla prototipazione alla produzione, sfruttando a tale scopo la piattaforma 3DEXPERIENCE per accelerare lo sviluppo e l’implementazione di questa tecnologia rivoluzionaria.
Il futuro dell’Additive Manufacturing
Per supportare l’Additive Manufacturing su larga scala, Dassault Systèmes ha creato 3DEXPERIENCE Marketplace, un canale diretto grazie al quale è possibile commissionare la produzione di parti e collaborare con le principali “manifatture digitali” del mondo.
Lanciato ufficialmente nel gennaio 2018, 3DEXPERIENCE Marketplace mette a disposizione un network di oltre 100 fornitori qualificati con accesso a 10.000 macchine di produzione.
Le aziende possono non solo individuare il partner più adatto al proprio progetto, ma anche snellire il processo di collaborazione sfruttando tutte le funzionalità delle soluzioni della piattaforma 3DEXPERIENCE, dalla collaborazione alla conformità geometrica, fino agli standard industriali. Il sistema offre inoltre la piena tracciabilità delle attività di sviluppo e produzione delle parti, condizione essenziale per la certificazione.
Utilizzare la piattaforma 3DEXPERIENCE significa integrare progettazione e produzione con un’unica soluzione, partendo dalla progettazione generativa e ottimizzazione con CATIA o SOLIDWORKS, passando per la scelta dei materiali con BIOVIA, le prove di resistenza con SIMULIA, la gestione del processo produttivo con DELMIA, per arrivare fino alle ricerche nei database di modelli 3D con EXALEAD.
3DEXPERIENCE Marketplace può essere considerato una grande fabbrica globale, accessibile con pochi clic a tutti i clienti del settore aerospaziale e non. L’Additive Manufacturing infatti si sta espandendo sempre più al di fuori dei confini del settore aerospaziale interessando anche altri settori industriali.