Nel settore aerospaziale, la produzione additiva robotizzata ad arco elettrico (WAAM) viene utilizzata per realizzare componenti strutturali di forma quasi definitiva, di dimensioni medio-grandi o extra-grandi, attrezzature su misura e hardware spaziale utilizzando leghe metalliche certificate. Combinando la robotica industriale con la deposizione ad arco, la tecnologia WAAM consente di ottenere componenti metallici su scala metrica, progettati su misura per applicazioni spaziali e di supporto a terra che richiedono standard rigorosi.
L'ingegneria aerospaziale si basa sul giusto equilibrio tra integrità strutturale ed efficienza dei materiali. La produzione convenzionale spesso incontra difficoltà nel realizzare componenti di grandi dimensioni senza uno spreco eccessivo di materiale o tempi di consegna prolungati. MX3D risolve questi colli di bottiglia produttivi attraverso tre proposte di valore fondamentali pensate su misura per i settori aerospaziale e spaziale:
Componenti di grandi dimensioni con forma quasi definitiva: Produzione di componenti che raggiungono dimensioni di diversi metri, riducendo drasticamente il volume di materia prima necessario.
Tempi di consegna ridotti: Eludendo i ritardi tipici della forgiatura e della fusione tradizionali, siamo in grado di fornire strutture critiche e attrezzature di supporto a terra in poche settimane anziché in mesi.
Metallurgia certificata: Utilizzo di leghe industriali sottoposte a test rigorosi e depositate in condizioni controllate per soddisfare gli standard più esigenti del settore.
Scopri di più sulle nostre competenze nel campo della stampa 3D su metallo su larga scala .
Perché scegliere WAAM per il settore aerospaziale
La valutazione della produzione additiva nel settore aerospaziale richiede l'abbinamento della tecnologia adeguata alla giusta scala strutturale. I tradizionali sistemi a fusione su letto di polvere sono particolarmente adatti per componenti interni dei motori di piccole dimensioni e altamente complessi, ma sono fortemente limitati dagli spazi di costruzione ristretti e dall'elevato costo delle polveri atomizzate.
Produzione additiva ad arco elettrico (WAAM) opera inoltre senza una camera di costruzione limitante (grazie alla modularità e alla libertà di spazio offerta dai sistemi MX3D MX), consentendo di ottenere un ampio volume di costruzione in grado di produrre strutture aerospaziali su scala metrica e attrezzature pesanti che i sistemi a letto di polvere semplicemente non sono in grado di realizzare. Utilizzando un braccio robotico multiasse e filo di saldatura standard, testato e certificato, la tecnologia WAAM offre un metodo di deposizione rapido ed estremamente economico per componenti di grandi dimensioni.
Fondamentalmente, la tecnologia WAAM migliora in modo sostanziale il rapporto “acquisto-volo”. Nella lavorazione sottrattiva tradizionale, la produzione di grandi strutture aerospaziali a partire da billette comporta un enorme spreco di materiale, particolarmente oneroso quando si utilizzano leghe di alta qualità come l’Inconel o l’alluminio aerospaziale specializzato. La deposizione “near-net-shape” della tecnologia WAAM riduce drasticamente questo spreco di materiale, stampando solo il materiale strutturalmente necessario prima di un’ultima e minima passata di lavorazione CNC.
Infine, è importante definire con chiarezza l’ambito di applicazione ingegneristico: il WAAM è progettato per elementi strutturali di grandi dimensioni, attrezzature robuste e componenti pesanti destinati all’uso terrestre o spaziale. Non viene invece impiegato per i capillari interni del motore o le pale del compressore, che presentano caratteristiche di precisione elevata. Concentrandosi sull’efficienza strutturale su larga scala, il WAAM risolve i colli di bottiglia nell’approvvigionamento proprio dove sono più critici.
Applicazioni aerospaziali
WAAM viene impiegato attivamente per risolvere le sfide legate alla catena di approvvigionamento e all'ingegneria in diversi settori aerospaziali.
Componenti strutturali
Per i moduli spaziali, la tecnologia WAAM viene utilizzata per realizzare componenti strutturali di grandi dimensioni e portanti, quali nodi interni, staffe per carichi pesanti, supporti per motori e connettori strutturali. Ottimizzando la topologia di questi componenti, gli ingegneri possono ridurne il peso mantenendo al contempo la resistenza allo snervamento necessaria. Per ulteriori approfondimenti su come ciò garantisca la sicurezza delle catene di approvvigionamento, leggi il nostro documento informativo sulla produzione localizzata nei settori della difesa e dell’aerospaziale e la tecnologia WAAM nel settore della difesa .
Attrezzature e dispositivi di fissaggio
Uno degli ambiti di applicazione più immediati e di maggiore impatto della tecnologia WAAM nel settore aerospaziale è quello delle attrezzature su misura. La produzione di grandi attrezzature per la laminazione di materiali compositi, maschere di assemblaggio e attrezzature di supporto a terra su misura è spesso caratterizzata da lunghi tempi di consegna quando si ricorre alla forgiatura o alla fusione. La tecnologia WAAM consente la fabbricazione rapida e su richiesta di grandi attrezzature in acciaio e alluminio, accelerando il ciclo produttivo complessivo del velivolo stesso.
Hardware e strutture spaziali
La libertà geometrica e l’assenza di vincoli dimensionali rendono il WAAM una tecnologia estremamente interessante per le apparecchiature spaziali. Tra le applicazioni figurano le strutture portanti dei satelliti, la prototipazione di veicoli di lancio e le infrastrutture abitative su larga scala progettate per l’impiego fuori dal nostro pianeta.
UAV e strutture aeronautiche sperimentali
Per i veicoli aerei senza pilota (UAV) e lo sviluppo di droni sperimentali, la rapidità di iterazione è fondamentale. In questo contesto, WAAM consente ai team di progettazione di stampare e testare rapidamente grandi strutture aeronautiche sperimentali senza dover ricorrere a costosi stampi permanenti.
Conformità agli standard aerospaziali (certificazione e qualità)
Le applicazioni aerospaziali richiedono un rigoroso controllo della qualità e il rispetto scrupoloso dei quadri normativi di certificazione, quali lo standard NASA-STD-6030. MX3D gestisce un ambiente produttivo controllato e basato sui dati, progettato per soddisfare questi rigorosi standard di sicurezza.
Il nostro impianto di produzione robotizzato opera nel rispetto di standard completi, tra cui il sistema di gestione della qualità ISO 9001, gli standard di saldatura AWS/IIW e la certificazione DNV. Inoltre, MX3D possiede la qualifica di impianto AM rilasciata dal Lloyd’s Register, a dimostrazione della nostra capacità di produrre in modo costante componenti metallici certificati e strutturalmente solidi. Sebbene la norma AS9100 e le specifiche norme aerospaziali EN rappresentino percorsi di qualificazione distinti per i componenti critici per il volo, la nostra consolidata base di riferimento nel settore navale e strutturale garantisce la tracciabilità metallurgica necessaria per la valutazione delle attrezzature aerospaziali e dei sistemi di supporto a terra.
Per garantire l'integrità strutturale interna, adottiamo protocolli di collaudo completi. Scopri di più sul nostro approccio ai controlli non distruttivi sui componenti WAAM e consulta i percorsi di qualificazione nella nostra guida: È possibile certificare i componenti WAAM? .
Poiché la tecnologia WAAM produce una superficie caratteristicamente nervata, le tolleranze finali vengono ottenute tramite lavorazioni meccaniche successive alla saldatura. Integriamo una progettazione digitale di precisione per tenere conto di queste fasi di finitura. Scopri di più su gestione dei margini di lavorazione per le stampe metalliche near-net-shape .
Materiali per il settore aerospaziale WAAM
La scelta dei materiali è fondamentale nelle applicazioni aerospaziali, dove i componenti sono sottoposti a carichi termici estremi e a elevate sollecitazioni meccaniche. MX3D si concentra esclusivamente sulle leghe che coprono la maggior parte dei casi d’uso nel settore aerospaziale, sia per le strutture su larga scala che per gli utensili; in particolare, per garantire una stabilità ottimale del processo e l’efficienza in termini di costi su larga scala.
Il nostro portafoglio di prodotti per il settore aerospaziale si basa invece sui seguenti materiali collaudati, quali l’alluminio legato con scandio, come il 5183+Sc, e:
- Inconel e superleghe di nichel : Realizziamo stampaggi in Inconel 625 e 718 (UNS N06625/N07718). Queste superleghe a base di nichel mantengono un'eccezionale integrità strutturale ad alta resistenza e una resistenza all'ossidazione a temperature elevate, rendendole ideali per componenti della sezione calda, componenti del sistema di scarico e schermature termiche pesanti.
- Stampa 3D in alluminio : Utilizziamo fili di alluminio di grado aerospaziale, tra cui i tipi 2319 e 5356. Queste leghe sono fondamentali per la realizzazione di strutture aeronautiche leggere, telai per UAV e componenti spaziali sensibili al carico utile, dove il rapporto resistenza/peso è un fattore ingegneristico primario.
- Stampa 3D in acciaio inossidabile e HSLA: Gli acciai HSLA (ad alta resistenza e bassa lega) e gli acciai inossidabili resistenti trovano ampio impiego nella realizzazione di attrezzature di supporto a terra robuste, staffe strutturali e attrezzature di grande dimensione per la laminazione di materiali compositi.
Per una panoramica completa delle nostre analisi metallurgiche verificate, consulta i nostri hub dedicato ai materiali e alle certificazioni .
Casi in primo piano
La conferma più significativa dell'efficacia della tecnologia WAAM nel settore aerospaziale deriva dai progetti già realizzati e testati sul campo.
Il pavimento dell'habitat lunare dell'ESA
Un esempio lampante delle capacità di WAAM nel campo delle infrastrutture spaziali è il pavimento dell’habitat lunare dell’ESA. Incaricata di dimostrare la fattibilità della stampa 3D su larga scala per le costruzioni extraterrestri, MX3D ha realizzato con successo questa imponente struttura spaziale.
Realizzato con acciaio inossidabile 308LSi, il pavimento dell’habitat ha un diametro di circa 4,5 metri e pesa all’incirca 395 chilogrammi. Questo progetto, esposto alla Biennale di Venezia 2021 in collaborazione con SOM, dimostra che WAAM è in grado di realizzare con successo opere di architettura spaziale di grandi dimensioni e strutturalmente solide, che i sistemi a letto di polvere non sono in grado di supportare.
Leggi tutti i dettagli nel nostro Custodia per l'habitat lunare dell'ESA .
Inizia con noi
Per passare alla tecnologia WAAM per le vostre attrezzature aerospaziali di grandi dimensioni, le attrezzature di supporto a terra o le strutture spaziali, è necessario un partner di produzione esperto. MX3D offre percorsi flessibili per l’adozione di questa tecnologia: forniamo servizi di produzione su richiesta di parti metalliche dalla nostra sede di Amsterdam, oppure possiamo fornire sistemi robotizzati chiavi in mano da integrare nei vostri impianti di produzione aerospaziale.
Per avviare un preventivo di progetto o uno studio di fattibilità, il nostro team di ingegneri necessita di:
Geometria digitale: Il file CAD nativo del componente richiesto.
Specifiche della lega: Il materiale di destinazione (ad es. Inconel 718, alluminio 2319 o acciaio HSLA).
Livello di certificazione: Gli standard specifici relativi alle prove, ai controlli non distruttivi (NDT) e alla garanzia della qualità richiesti per l'impiego del componente.
Bilancio : indicazione del budget stanziato per il progetto desiderato
Domande frequenti sulla stampa 3D nel settore aerospaziale
In che modo viene utilizzata la stampa 3D nel settore aerospaziale?
Nel settore aerospaziale, la stampa 3D viene utilizzata per produrre rapidamente componenti complessi in piccole serie. Mentre le tecnologie a letto di polvere sono adatte alla realizzazione di piccoli componenti interni dei motori, la produzione additiva ad arco con filo (WAAM) viene impiegata per realizzare grandi parti strutturali quasi finite, attrezzature in composito per impieghi gravosi e componenti spaziali utilizzando leghe metalliche certificate.
Quali metalli utilizza MX3D nel settore aerospaziale?
MX3D si avvale di un ampio assortimento di fili industriali, concentrandosi in particolare sull’Inconel 625 e 718 per applicazioni ad alta temperatura, sull’alluminio (2319 e 5356) per strutture leggere e sugli acciai ad alta resistenza per la produzione di utensili. Per garantire una stabilità strutturale ottimale del processo su larga scala, MX3D non utilizza il titanio nella stampa.
È possibile stampare in 3D componenti aerospaziali di grandi dimensioni?
Sì. Eliminando i limiti fisici imposti da una camera a vuoto tradizionale per la stampa 3D, la robotica WAAM è in grado di stampare strutture aerospaziali, stampi per la laminazione e componenti spaziali lunghi diversi metri, offrendo un notevole vantaggio in termini di dimensioni rispetto ai metodi additivi convenzionali.
La stampa 3D viene utilizzata per le apparecchiature spaziali?
Assolutamente sì. La tecnologia WAAM rappresenta la soluzione ideale per la prototipazione e la produzione di strutture spaziali di grandi dimensioni, come telai per satelliti e habitat. Un esempio concreto è il pavimento dell’habitat lunare dell’ESA, lungo circa 4,5 metri, realizzato da MX3D per una dimostrazione di infrastrutture extraterrestri.
I componenti aerospaziali stampati in 3D sono certificati?
Sì, i componenti strutturali stampati con la tecnologia WAAM sono sottoposti a una rigorosa certificazione. MX3D opera in conformità alla norma ISO 9001 e agli standard di saldatura AWS/IIW, ed è in possesso delle qualifiche di stabilimento rilasciate da Lloyd’s Register e DNV. I componenti vengono sottoposti a rigorosi controlli non distruttivi (NDT) per garantire che soddisfino i codici di integrità strutturale richiesti prima della messa in servizio.
