La stampa 3D delle strutture aerospaziali ora è 10 volte più economica
La fabbricazione di filamenti fusi (FFF, fused filament fabrication) è una delle prime tecnologie additive per la costruzione di prodotti, prototipi o modelli in 3D. Il processo utilizza un ugello riscaldato che espelle la plastica fusa e la deposita in strati sottili, uno sopra l’altro, su un piano stampato, formando infine la parte stampata in 3D. Con grandi potenzialità di diventare la tecnologia di stampa 3D d’elezione, la FFF può ridurre costi e tempi di consegna in diversi settori. Tuttavia, finora non ha ottenuto uno slancio sufficiente per un’industrializzazione e una commercializzazione rivoluzionarie in quanto può estrudere soltanto materiale fino a temperature di circa 280°C. Altre stampanti 3D più convenienti presenti sul mercato sono orientate verso materiali foto-polimerizzati o sinterizzati, escludendo alcuni polimeri ad alte prestazioni quali polieterimide (ULTEM) e polietere etere chetone (PEEK).
I materiali con temperature più elevate si spingono oltre i limiti di esercizio delle stampanti 3D
I materiali termoplastici ad alte prestazioni, tra cui ULTEM e PEEK, sono unici rispetto ad altri materiali plastici stampati in 3D. Resistenza e rigidità elevate, resistenza alla fatica eccellente, resistenza al calore a lungo termine e ampia resistenza chimica sono solo alcune delle proprietà meccaniche che rendono questa famiglia di materiali termoplastici molto ricercata nelle applicazioni aerospaziali. Questi tecnopolimeri richiedono temperature molto più elevate per stampare correttamente. Sebbene alcuni sistemi di stampa 3D FFF abbiano compiuto progressi nella lavorazione di materiali con punti di fusione più elevati, essi sono ancora in fase beta. La FFF è considerata la tecnologia più promettente per la stampa 3D PEEK o ULTEM a basso costo, ma non ha ancora riscontrato un grande successo nelle applicazioni aerospaziali. Attualmente, l’industria aerospaziale utilizza la fusione a fascio di elettroni certificata e ampiamente disponibile per la produzione di parti PEEK stampate in 3D. L’investimento in un sistema di fusione a fascio di elettroni con capacità PEEK può raggiungere circa 1 milione di euro.
La stampa 3D FFF è dieci volte più accessibile
Finanziato nell’ambito del programma Clean Sky 2 dell’UE, SPECTRAL è riuscito a sviluppare una nuova tecnologia economica e affidabile per la stampa di prodotti 3D ad alto valore aggiunto. Nell’ambito dell’iniziativa Clean Sky 2, la stampante 3D è stata sviluppata secondo le specifiche stabilite dalla società aerospaziale europea Airbus. «Data la grande necessità di tecnopolimeri ad alte prestazioni, le stampanti 3D di livello industriale non devono avere importi astronomici», osserva la coordinatrice del progetto Marilys Blanchy. «La nostra nuova stampante 3D PEEK di livello industriale ha un costo di 10 volte inferiore rispetto alle stampanti FFF commerciali». Il prezzo è una frazione di quello dei sistemi di fusione a fascio di elettroni di livello industriale. Per la lavorazione di polimeri ad alte prestazioni, la nuova stampante 3D è dotata di una camera di stampa che può raggiungere temperature fino a 240°C. Questa camera di stampa ad alta temperatura riduce al minimo le deformazioni e garantisce la fusione interlaminare. Oltre all’eccellente rapporto prezzo-stampa, il sistema funziona rapidamente e stampa con filamenti non proprietari. I ricercatori del progetto hanno inoltre sviluppato una banca dati che consente la registrazione e il tracciamento automatici delle parti stampate in 3D. Il progetto SPECTRAL ha fornito ai produttori aerospaziali una tecnologia conveniente per produrre componenti leggeri, contribuendo a ridurre i consumi di carburante e quindi le emissioni. I nuovi macchinari sono una delle poche tecnologie di stampa 3D disponibili che soddisfano un livello di qualità accettabile per l’industria.
Parole chiave
SPECTRAL, stampante 3D, polietere etere chetone (PEEK), fabbricazione di filamenti fusi (FFF), aerospaziale, polieterimide (ULTEM), fusione a fascio di elettroni, Clean Sky 2