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GE ed EADS per stampare parti per aeroplani
DARE sta avviando un nuovo laboratorio presso la sua sede di ricerca globale a Niskayuna, New York, dedicato a trasformare la tecnologia di stampa tridimensionale in un mezzo praticabile per produrre parti funzionali per una serie di sue attività, comprese quelle che coinvolgono l'assistenza sanitaria e l'aerospaziale. L'azienda mira a sfruttare il potenziale della tecnologia per realizzare parti più leggere, con prestazioni migliori e un costo inferiore rispetto alle parti realizzate con tecniche di produzione convenzionali.
Carico più leggero: Una cerniera convenzionale per il coperchio di un motore a reazione (in alto) potrebbe essere sostituita da una più complessa in basso, che è altrettanto robusta ma pesa la metà. Il nuovo design, realizzato da EADS, è reso pratico dalla tecnologia di stampa tridimensionale.
La tecnologia per la stampa di oggetti tridimensionali esiste da decenni, ma le sue applicazioni sono state in gran parte limitate a articoli di novità e fabbricazione personalizzata specializzata, come la realizzazione di protesi personalizzate. Ma la tecnologia è ora migliorata al punto che queste stampanti possono realizzare oggetti complessi con materiali durevoli, tra cui ceramica e metalli come il titanio e l'alluminio, con una risoluzione della scala di decine di micrometri.
Di conseguenza, aziende come GE e il gigante europeo della difesa e dell'aerospazio EADS stanno lavorando per applicarlo in situazioni più simili alla produzione convenzionale, dove sono necessarie grandi quantità della stessa parte.
La prima applicazione della tecnologia da parte di GE potrebbe essere macchine a ultrasuoni più economiche e con prestazioni migliori rispetto alle versioni attuali. Una delle parti più costose di una macchina ad ultrasuoni è il dispositivo che trasforma i segnali elettronici in suoni e viceversa, la parte che viene premuta contro la pelle di una persona durante un'ecografia. Questi trasduttori sono costituiti da migliaia di minuscole colonne distanziate di appena 30-40 micrometri, ciascuna delle quali è estremamente sottile, circa da otto a 10 volte più alta della larghezza. È estremamente difficile realizzare tali parti utilizzando la fusione, poiché è difficile liberare la parte dallo stampo. Quindi GE li realizza utilizzando uno strumento da taglio preciso che scolpisce molto lentamente un pezzo di ceramica. Il processo è lento e costoso e può essere utilizzato solo per realizzare una gamma limitata di forme.
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Processo di stampa laser GE e EADS
Ora GE ha sviluppato una nuova tecnologia di stampa che stende un sottile strato di un impasto liquido composto da ceramica incorporata in un precursore polimerico. Quando uno schema di luce ultravioletta viene proiettato su questo strato, il materiale si solidifica solo dove è stato esposto alla luce. Un altro strato di impasto liquido viene steso sopra questo e illuminato con la luce, e la struttura viene costruita in questo modo, strato dopo strato.
Il processo non è ancora pronto per la produzione di massa, afferma Prabhjot Singh, ingegnere meccanico e project manager presso GE Research. Ma poiché il processo è più veloce e consente di risparmiare materiale, potrebbe ottenere una riduzione dei costi di ordini di grandezza, dice. I progettisti GE che utilizzano il nuovo processo potrebbero migliorare le prestazioni del trasduttore perché non saranno così vincolati nei tipi di forme che possono creare. Ciò potrebbe portare a ultrasuoni a risoluzione più elevata.
GE sta anche studiando la possibilità di stampare alcune parti di aeroplani, una strategia che anche EADS ha perseguito di recente. Nei laboratori EADS di Filton, nel Regno Unito, i ricercatori hanno dimostrato di poter stampare diverse parti metalliche per aeroplani con una tecnologia che utilizza un laser per riscaldare le polveri metalliche fino a formare forme metalliche solide. Utilizzando questa tecnica, EADS ha delle cerniere in metallo stampato per i coperchi motore: le cerniere consentono l'apertura dei coperchi per la manutenzione del motore. Le parti hanno forme complesse che mantengono la forza riducendo a metà il peso della parte. La nuova cerniera è stata sottoposta ai test utilizzati per le parti convenzionali e ha dimostrato di soddisfare i requisiti di prestazione. Il risparmio di peso è fondamentale nell'industria aerospaziale. Secondo EADS, la riduzione del peso di un aeroplano di un solo chilogrammo può comportare un risparmio di carburante di $ 3.000 all'anno, o $ 100.000 in 30 anni, la vita tipica di un aeroplano.
A dire il vero, la tecnologia è ancora limitata. Sebbene molte leghe metalliche funzionali possano essere stampate, quelle ad alte prestazioni utilizzate all'interno di un motore non possono ancora essere prodotte in questo modo (tali parti richiedono un livello di controllo preciso sulle temperature dei materiali durante la lavorazione che non può essere raggiunto ancora in stampa). GE utilizzerà la nuova tecnologia per stampare parti del motore, come le pale delle turbine, ma solo per testare alcune proprietà di un progetto, come la sua aerodinamica, e non la sua capacità di sopravvivere a temperature e pressioni elevate. Singh afferma che ciò potrebbe aiutare ad accelerare il processo di progettazione rendendo possibile la costruzione di una parte di alta precisione in settimane anziché in mesi.
L'altro principale limite della tecnologia è la dimensione degli oggetti che può stampare. A seconda del materiale e della stampante, è possibile stampare oggetti di pochi centimetri fino a un massimo di circa un metro. Non è ancora possibile stampare ali o parti per alcune delle grandi turbine di centrali elettriche di GE. E ci sono alcune cose che probabilmente non verranno mai realizzate utilizzando la stampa tridimensionale. Non sarà mai usato per fare qualcosa come le unghie. Ma alla fine potrebbe essere usato per realizzare gli strumenti che fanno i chiodi, afferma Jonathan Meyer, leader del team di ricerca presso EADS Innovation Works.