Durata del Progetto: 36 Mesi | Partenza Gennaio 2017

Partenariato: AVIO SPA (Colleferro) – SÒPHIA HIGH TECH (Sant’Anastasia);

AMMEP [Additive Manufacturing by Mixing Elemental Powders]  è un progetto di ricerca e sviluppo cofinanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico Itlaiano – Prog. n. F/050320/02/X32 – CUP: B38I17000430008 – COR: 309480.

AMMEP

Oggetto: Realizzazione della di combustione del lanciatore spaziale VEGA-E, mediante il processo di Additive Layer Manufacturing, con l’utilizzo di tecnologie di miscelazione avanzata per ottenere una polvere metallica custom.

Il progetto è incentrato sulla progettazione e costruzione di un sottoassieme specifico della camera di spinta (alimentata sia da ossigeno liquido che da metano liquido criogenico) del terzo stadio motore del lanciatore spaziale VEGA-E.

La camera di spinta è composta da due parti principali:

– la piastra di iniezione

– la camera di combustione

Le attività del progetto si sono concentrate sulla camera di combustione. Questo gruppo meccanico consente l’evoluzione del fenomeno della combustione e accelera i gas di combustione verso l’ugello. Inoltre, la camera di combustione raffredda la parete interna a contatto con i gas al fine di impedire la fusione del materiale, poiché la combustione avviene a una temperatura superiore a 3000 [°K].

Con gli attuali materiali sul mercato è molto complesso ottenere prestazioni cosi elevate. In generale, le qualità delle leghe di rame, con un elevato coefficiente di trasferimento del calore, sono necessarie per ottimizzare lo scambio di temperatura durante la fase di combustione. Tuttavia queste leghe non sono meccanicamente adatte considerando le sollecitazioni che si innescano durante il processo, inoltre il materiale non risulta adeguato neanche per lavorare a quelle temperature. Sfruttando una superlega di nichel (INCONEL) con proprietà meccaniche superiori rispetto al rame e consente di lavorare a temperature significativamente più elevate.

Attualmente, l’oggetto in questione è realizzato attraverso un processo di brasatura tra un rivestimento interno di rame ed un guscio esterno in lega di nichel, o mediante un processo di elettroformatura galvanica dello strato di nichel sul rivestimento di rame, come mostrato nella figura seguente. Pertanto, tale processo  di produzione oltre a richiedere un numero molto di ore, ha intrinsecamente una percentulae di scarto molto elevata; Inotre con il tradizionale processo di produzione, si ottiene una combinazione discontinua delle proprietà dei due materiali, essendo presente una superficie di discontinuita tra il rame e la super lega di nichel.

Figure 2 : camera di spinta del lanciatore prodotta con tecniche tradizionali mediante un processo di elettroformatura galvanica

 

Il problema sopra menzionato è stato risolto con lo sviluppo di una tecnologia di miscelazione avanzata di polveri metalliche, tale da garantire l’omogeneizzazione di metalli distinti (rame e superleghe di nichel) nello stato particellare (nm). Quindi, utilizzando la tecnologia ALM (Additive Layer Manufacturing), si riesce ad ottenere la diffusione degli elementi a livello del grano cristallino. Tale processo consente la formazione di nuove leghe non presenti sul mercato. L’obiettivo principale da rispettare è quello di ottenere una conduttività termica globale del materiale maggiore di 25 W / m ° K. Di seguito è possibile apprezzare il materiale custom (basato su rame e superleghe di nichel) ottenuto dalla tecnologia ALM.

 

Figure 3 : Custom Material (based on copper and nickel superalloy) specimen

 

Quindi, i prototipi tecnologici della camera di combustione Vega E (figura in basso), prodotti durante il progetto, hanno una struttura continua in cui i singoli elementi metallici, omogeneamente diffusi tra loro, esaltano le caratteristiche dell’oggetto creato. Inoltre, è prevista una riduzione dei tempi di produzione stimati di oltre il 15% e, soprattutto, il processo di fabbricazione è ottenuto in una sola fase (diminuendo la possibilità di avere difetti dei componenti). Di seguito è possibile apprezzare i prototipi di componenti realizzati nel Progetto AMMEP, utilizzando materiali personalizzati, ottenuti con la tecnologia di miscelazione dei metalli.

Figure 4 : Component Prototypes realized by ALM using custom metallic powders
Figure 4 : Component Prototypes realized by ALM using custom metallic powders