MTU - La tecnologia di stampa 3D EOS consente di ottenere una stampa economica.

Sfida

Utilizzo ottimizzato delle macchine EOS esistenti per la costruzione di componenti di serie sicuri ed economici

Il settore aerospaziale è uno dei più innovativi al mondo. Airbus ha richiesto oltre 380 brevetti solo per la progettazione dell'A380. I nuovi materiali e le tecnologie adatte alla produzione in serie hanno un ruolo importante in questo settore, per ragioni che includono costi, peso e funzionalità. Per questo motivo, sia i produttori che i fornitori stanno testando le capacità prestazionali dei processi di fabbricazione additiva, grazie ai quali i componenti vengono prodotti quando una polvere viene indurita, strato per strato, utilizzando un laser. 

Questo metodo è stato originariamente utilizzato per la produzione di prototipi, in quanto consente di produrre rapidamente singoli pezzi. Grazie ai suoi numerosi vantaggi, tuttavia, questa tecnologia si è affermata come punto fermo nella produzione in serie.

I vantaggi associati a questo processo includono una maggiore libertà di progettazione e un'ampia gamma di materie prime utilizzabili, dalle plastiche estremamente leggere e resistenti al fuoco/ritardanti di fiamma a una varietà di metalli. In generale, nel momento in cui un aereo si alza in volo, le pressioni sui costi e sulla sicurezza diventano fattori determinanti. È quindi importante scegliere la giusta via di mezzo quando si introducono nuove tecnologie. MTU Aero Engines, il principale produttore tedesco di motori, ha adottato un approccio strategico graduale all'uso della produzione additiva.

Attualmente l'azienda utilizza sette macchine EOS. "Circa dieci anni fa abbiamo iniziato con la produzione di utensili e componenti di sviluppo", spiega il Dr. Karl-Heinz Dusel, Direttore delle Tecnologie Rapide di MTU. "Per ottimizzare l'utilizzo della capacità e attuare il nostro piano graduale, siamo andati alla ricerca di ulteriori aree in cui applicare la tecnologia". La sfida principale consisteva in considerazioni sui costi e sulla sicurezza, da un lato, e nel perseguimento di un'innovazione strategica, dall'altro.

Soluzione

Produzione additiva di boccole per la ventola del motore PurePower® PW1100G-JM di nuova generazione per l'Airbus A320neo.

Le boccole Borescope saranno utilizzate sui motori di ultima generazione - i Geared Turbo Fan (GTF) - e saranno prodotte con macchine EOS. "All'inizio della seconda fase abbiamo iniziato a produrre componenti grezzi, che hanno sostituito le parti esistenti. In questa categoria rientrano le boccole per le turbine a bassa pressione degli A320neo-GTF", spiega Karl-Heinz Dusel. Questi piccoli componenti aggiuntivi consentono ai tecnici di controllare le condizioni delle pale della turbina all'interno del motore utilizzando degli endoscopi. I componenti vengono rivettati all'alloggiamento della turbina per creare un'apertura per l'endoscopio, che nel settore aerospaziale viene definito borescope. La resistenza al calore e la durata sono le caratteristiche principali della lega a base di nichel utilizzata. Questo materiale di alta qualità consente di ottenere i migliori risultati richiesti dal componente, ma è difficile da lavorare. Fortunatamente, un problema come questo è facilmente superabile con la produzione additiva. Poiché MTU è anche un produttore di materie prime, l'azienda ha potuto sviluppare una nuova catena di processo, che è stata approvata e integrata nel sistema di produzione. L'intero processo di produzione è sostenuto da un sistema di controllo appositamente sviluppato da MTU. Il monitoraggio online rileva ogni singola fase di produzione e ogni singolo strato. Inoltre, sono state introdotte nuove procedure di garanzia della qualità, come la tomografia ottica. L'autorità aeronautica federale tedesca ha persino certificato le macchine EOS. In passato, le boccole erano fuse o fresate da un solido, ma le turbine a bassa pressione per il turbosoffiante a ingranaggi dell'A320neo sono le prime turbine ad essere equipaggiate in serie con boccole prodotte con la fabbricazione additiva. Soprattutto i vantaggi di costo della tecnologia EOS sono stati il fattore decisivo, sia per la produzione che per le fasi di sviluppo.

Risultato

L'approccio strategico ha dato i suoi frutti per MTU, così come la stretta e positiva collaborazione con EOS. Sono iniziati i preparativi per la produzione in serie dei borescope boss. Sono previsti 16 pezzi per commessa, per un totale di 2.000 pezzi all'anno. Il risparmio in termini percentuali, rispetto ai processi precedentemente stabiliti, dovrebbe essere a due cifre e la qualità è già ad un livello elevato. MTU ed EOS stanno lavorando insieme per ottimizzare ulteriormente la finitura del componente, in particolare le superfici lisce, con l'obiettivo di raggiungere la perfezione nella meccanica strutturale.

MTU vede un grande potenziale per la produzione di ulteriori componenti di serie per la costruzione di motori aeronautici, come gli alloggiamenti dei cuscinetti o le pale delle turbine, che devono soddisfare i massimi requisiti in termini di sicurezza e affidabilità. Obiettivo di MTU: entro 15 anni una percentuale significativa di componenti dovrebbe essere prodotta con la stampa 3D industriale. La tecnologia EOS contribuisce quindi alla competitività dell'azienda, che opera in uno dei settori più esigenti al mondo.