La nuova frontiera dell'Additive Manufacturing

La produzione additiva non è una novità nel mondo Aerospace, infatti sempre più aziende stanno adottando questa innovativa tecnologia, ad esempio per propulsori stampati in 3D.

Rocket propulsion in Additive Manufacturing_SOPHIA

L’additive manufacturing può rispondere alle esigenze del settore aerospace & defense, consentendo di produrre componenti sempre più leggeri, con qualità meccaniche superiori e impiegando materiali sempre più efficienti; con importanti contributi anche alla salvaguardia dell’ambiente e alla sostenibilità dell’industria aerospaziale. La riduzione del peso del Satellite, del Lanciatore Spaziale infatti, si traduce in un minor consumo di carburante e, di conseguenza, in minori emissioni di CO2 nell’atmosfera in fase di lancio, riducendone naturalmente i relativi costi associati. Non solo il peso, ma anche le caratteristiche meccaniche, le prestazioni dei materiali e soprattutto l’affidabilità dei componenti sono di vitale importanza nell’industria aerospace. Superleghe metalliche consentono di realizzare parti con caratteristiche meccaniche/termiche eccezionali, più efficienti e affidabili. Inoltre garantiscono, ottimizzando le geometrie delle parti in modo adeguato, un eccezionale trade-off costo/qualità.

Sòphia High Tech collabora con svariate OEM aerospaziali di primario livello, per definire un nuovo approccio industriale che sfrutta sia i vantaggi dell’Additive Manufacturing che degli attuali materiali (polveri) presenti sul mercato, qualificati per il settore Space, con l’obiettivo di variare il modo in cui Parti e Sistemi sono progettati, prodotti e manutenuti.
Per garantire tale approccio (unico nel settore), Sòphia High Tech ha effettuato (ed effettua continuamente) notevoli investimenti garantendo al Cliente un prodotto “chiavi in mano“, dal concept designa al manufacturing, integrando il delicato processo di testing e qualifica di parti spaziali in accordo alla norma ECSS-Q-ST-70-80C , rilasciata dall’European Space Agency il 30 luglio 2021.
Il reparto di produzione di Sòphia utilizza infatti i processi tecnologici più all’avanguardia (ALM e CNC machining) per produrre componenti spaziali in lega metallica, sia afferenti al dominio strutturale che propulsivo (ovvero: camere di combustione, propulsori, ugelli e tank).

Rocket Combustion Chamber in Additive Manufacturing_SOPHIA

Tra gli ultimi investimenti messi in atto nel 2023 dalla Sòphia, proprio in relazione alla ripetibilità/scalabilità e sostenibilità del processo SLM [Selective Laser Melting] è la TruPrint 3000. La TruPrint 3000, prodotta dalla TRUMPF, è una macchina universale di formato medio (LMF / PBF / LPBF) con gestione integrata di componenti realizzati e polvere. Con un volume di costruzione di 300 mm di diametro e 400 mm di altezza, la TruPrint 3000 si adatta con estrema flessibilità ai requisiti custom dei clienti aerospace della Sòphia.
Mediante questo impianto, la produttività è raddoppiata ed i costi delle Parti (sviluppo e produzione) si sono ridotti, a prescindere dalla geometria dei componenti. Il monitoraggio e la calibratura automatica del laser, durante il job di stampa, permettono di ottenere una migliore qualità ed affidabilità dei componenti stampati 3D. Il sistema di gestione e controllo Melt Pool Monitoring, cui è dotata la Sòphia, esegue un controllo qualità in parallelo al job di costruzione, rilasciando un robusto report di validazione processo.

Ripercorrendo le parole di Antonio Caraviello, CEO dell’Azienda:
Mediante l’investimento di questo innovativo impianto, confermiamo nuovamente il nostro principale obiettivo: la ricerca della perfezione, condizione fondamentale per il nostro lavoro:  sviluppare e realizzare parti Aerospaziali

Non solo Additive Manufacturing

Al fine di realizzare un componente aerospaziale in 3D Printing, chiavi in mano, si rende necessario integrare le lavorazioni meccaniche di precisione, le quali sono fondamentali dopo il processo di realizzazione di una parte in additive manufacturing. Infatti, nonostante in Sòphia High Tech si produce con approccio near-net-shape assicurando una prodotto as Built (in ALM) prossimo alla parte finale in esercizio, è obbligatorio, una successiva lavorazione in CNC Machining a valle del processo SLM. Tale fase assicura le desiderate forme, le geometrie, le rugosità e le tolleranze meccaniche richieste nel disegno costruttivo [DWG]. In particolare si utilizzano processi sia di Fresatura che Tornitura…e…in Sòphia anche l’integrazione di ambo i processi.
Infatti, accompagnando la TruPrint 3000 nel migliore dei modi, l’Azienda ha investito anche nel machining integrando nel proprio parco macchine un’innovativo Centro di Lavoro CNC Multitasking (tornitura/fresatura 5 assi): il MULTUS B250 II, prodotto della OKUMA.

Tale impianto coniuga i vantaggi del processo di tornitura (bi-mandrino) con un sistema di fresatura CNC in 5 assi in continuo. Con un volume di lavoro di D600 mm per una lunghezza L750 mm e160 utensili, il MULTUS è equipaggiato con un contro-mandrino che garantisce un’elevata ripetibilità di posizionamento, ideale per lavorare componenti propulsivi spaziali, i quali necessitano di lavorazione da ambo i lati e soprattutto precisioni di foratura notevoli, per assicurare un’ottima resa degli attacchi fluidici. In Sòphia, l’obiettivo è il minimo impatto umano per ottenere il massimo livello di qualità/ripetibilità.
Per una stabilità ottimale, nell’impianto OKUMA, tutte le guide lineari sono dotate di rulli cilindrici integrati interamente in carter di copertura, ed il Thermo-Friendly Concept garantisce un’elevata stabilità di misura, anche in caso di variazioni della temperatura ambientale.

Progetti in corso

Il nostro processo di integrazione SLM e CNC Machining è qualificato per produrre Parti Spaziali dotati sia di forme che superfici complesse, personalizzate. Il processo è conforme alle ultime direttive rilasciate dall’ESA [Agenzia Spaziale Europea]. Tutte le sotto-fasi dei cicli di lavorazione, sono sempre verificate e contrassegnate da una marcata ripetibilità di processo e scalabilità.
In particolare Sòphia High Tech lavora continuamente alla realizzazione di:

  • Componenti propulsivi utilizzati nei Motori per Lanciatori, Razzi e Missili. Tali componenti, oltre ad più leggeri e capaci di mantenere o migliorare la resistenza dei materiali, utilizzano combustibili green;
  • Satellite Thruster più efficienti, per garantire un prodotto sempre più conforme ai requisiti tecnici/avanzati da implementare;
  • Fuel Tank, ottimizzati nelle forme geometriche esterne ed interne;
  • Strutture Primarie (e Secondarie) per Missili, Satelliti e Lanciatori, alleggeriti, sia mediante l’applicazione di Lattice Structure che di geometrie ottimizzate topologicamente.

A differenza della produzione tradizionale, la stampa in metallo diretta consente di costruire in stampa 3D ugelli, pre-bruciatori di carburante, valvole, collettori e altri sistemi di propulsione che ottimizzano l’utilizzo di spazio e materiali. Ciò consente di migliorare la funzionalità e al contempo di ridurre i tempi di produzione, diminuendo i costi e il peso dei componenti. In questa direzione, Sophia sta investendo notevolmente con il fine di implementare day-by-day un know-how unico nel settore. Questo approccio ha permesso all’Azienda di essere coinvolta nelle attività di Sviluppo, Realizzazione ed Integrazione dell’Innovativo sistema di Propulsione Spaziale MPGE [Multi-Purpose Green Engine]. In tale progetto, relativo al Contratto n. 2023-8-I.0 dell’AGENZIA SPAZIALE ITALIANA [ASI] cui la AVIO SpA è affidataria, la SÒPHIA HIGH TECH è stata scelta dalla AVIO SpA per l’esecuzione di tutta la fase MAIT [Manufacturing, Assembly, Integration & Testing] del Motore MPGE.
Un motore a propellente liquido “green”, realizzato in gran parte mediante l’integrazione ALM e CNC, che sarà impiegato per le future applicazioni di In-Orbit Servicing e di Space Logistics, rappresentando un asset strategico per l’Italia e per l’Europa nell’ambito dei progetti a guida italiana dell’ASI e nei programmi dell’ESA, rafforzando e potenziando le competenze della filiera industriale nazionale del settore, nell’ambito dei programmi di In-Orbit Servicing e di logistica spaziale futuri. Il progetto prevede un’ attività di ricerca e sviluppo tecnologico concernente il design, lo sviluppo e la qualifica di un motore green multi-purpose per applicazioni orbitali e sub-orbitali [IOS, VEGA-C, VEGA-E e Space Rider].

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