Produzione additiva ad arco metallico per modelli in galleria del vento

dal Dott. Filomeno Martina, Fondatore e CEO, WAAM3D

A livello mondiale, si prevede che il mercato delle gallerie del vento crescerà fino a 3,19 miliardi di dollari nel 2027 con un CAGR del + 3,3%. Da quando le prime gallerie del vento chiuse sono diventate operative nel 1800, hanno dimostrato il loro valore nelle indagini aerodinamiche e hanno dato un contributo fondamentale a tutti i principali programmi aeronautici. Man mano che i veicoli aerei senza pilota (UAV) diventano sempre più popolari, i modelli in galleria del vento stanno dimostrando ancora una volta il loro potenziale per aiutare gli ingegneri a migliorare il rapporto portanza/resistenza (o rapporto L/D) di questi e molti altri componenti aerospaziali.

In questo articolo, il dottor Filomeno Martina, CEO e co-fondatore di WAAM3D, spiega come la stampa 3D in metallo viene utilizzata dalle società di ricerca aerospaziale per migliorare lo sviluppo e l'innovazione dei prodotti e come si comportano questi prototipi.

Il test e lo sviluppo di una parte aerospaziale attraverso la progettazione di un prototipo può essere un processo lungo, faticoso e costoso. Tuttavia, questa fase è fondamentale poiché quanto più efficace è il prototipo, tanto migliore sarà il prodotto finito. Oltre ad essere utilizzati per le fasi avanzate e di pre-produzione, i prototipi in metallo possono essere utilizzati anche nelle fasi iniziali, in particolare quando è necessario valutare le prestazioni meccaniche e funzionali. I prototipi in metallo possono essere realizzati in alluminio, acciaio o altri materiali e creati utilizzando una serie di processi come la lavorazione CNC, la formatura della lamiera, la fusione o la stampa 3D dei metalli.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) è una tecnica di stampa metallica 3D che ha il potenziale per trasformare la produzione di prototipi e componenti aerospaziali su larga scala. Questo perché evita i costosi sprechi associati alla lavorazione di materiali come il titanio e può creare strutture meno complesse, di scala medio-grande in una gamma di materiali (dal titanio, alluminio, metalli refrattari, acciaio, bronzo e rame a Invar, Inconel e magnesio). È particolarmente adatto per costruire componenti aeronautici di medie e grandi dimensioni come cruciformi, flange, pannelli irrigiditi e centine alari.

RoboWAAM è la piattaforma di stampa additiva in metallo di grande formato di WAAM3D (Immagine: WAAM3D)

Negli ultimi anni, la Aircraft Research Association Ltd (ARA), con sede a Bedford, nel Regno Unito, ha cercato modi per migliorare i tempi e i costi per la creazione del modello. Avendo trascorso molti anni fornendo ricerca e sviluppo indipendenti all'industria aerospaziale del Regno Unito, l'azienda ha una base di clienti globale che si estende dalla costa occidentale del Nord America, attraverso l'Europa, fino all'Estremo Oriente dell'Asia. ARA è anche riconosciuto come Centro di Eccellenza in Aerodinamica e avendo lavorato su molti progetti innovativi per i principali produttori mondiali di aerei commerciali e sistemi di difesa, è abituato a spingere i limiti della progettazione per ottenere vantaggi tecnici.

Avendo precedentemente studiato il potenziale di un'ala in acciaio con i fondatori di WAAM3D e il loro team a Cranfield, gli ingegneri aerodinamici di ARA sapevano che WAAM aveva il potenziale per ridurre i tempi e i costi di realizzazione del modello della galleria del vento. Per testare questa teoria, ARA ha scelto un cono in alluminio di 190 mm di diametro e 350 mm di lunghezza da produrre utilizzando il processo WAAM che potrebbe essere integrato in un modello di galleria del vento come parte di un programma di ricerca e innovazione finanziato da Clean Sky 2 (ai sensi dell'accordo GA n. 864803).

Il cono in alluminio da 190 mm di diametro e 350 mm di lunghezza è stato prodotto dalla macchina RoboWAAM (Immagine: WAAM3D)

Basato sulla ricerca condotta dall'Università di Cranfield dal 2006, WAAM3D è leader nella produzione additiva su larga scala. Avendo esperienza nella fornitura di soluzioni chiavi in ​​mano basate su prodotti, servizi e materiali sviluppati internamente, il team ha lavorato a stretto contatto con ARA per ottimizzare la progettazione del cono di punta per garantirne la consegna in termini di risparmio di tempo e costi. Per fare ciò, il team WAAM3D ha considerato la geometria e si è assicurato che la maggior parte della materia prima della barra di partenza fosse costruita attorno a uno smorzatore di vibrazioni integrato all'interno del cono. Ciò ha ridotto al minimo il materiale depositato, risparmiando tempo, denaro e materiali.