Mettere insieme la stampa 3D e i sensori per voli più sicuri ed economici
Il settore aeronautico è passato all’uso di materiali compositi avanzati in ragione delle loro proprietà di leggerezza, della loro forza e durata. Considerando anche la maggiore produttività e prestazioni degli aeromobili, l’impiego di questi materiali avanzati rende più impegnativa la progettazione e la produzione di strutture e componenti aeronautici convenienti in termini di costi. Affrontare queste sfide porterà a una riduzione del peso e del consumo di carburante, a cicli di produzione più brevi e a una maggiore efficienza energetica nell’assemblaggio dei velivoli.
Produzione additiva
Oggi, molte parti di aeromobili sono compositi stampati in 3D. L’incorporazione di nanotubi di carbonio (CNT) durante il processo di fabbricazione dei componenti è molto adatta al flusso di lavoro complessivo. I sensori incorporati sono ideali per i componenti o le procedure aeronautiche critiche e di alto valore. Per tali componenti, la stampa 3D può fornire un mezzo efficiente dal punto di vista dei costi per realizzare e incorporare pacchetti di sensori integrati. I ricercatori sostenuti dal progetto DOMMINIO, finanziato dall’UE, stanno sviluppando sensori integrati che consentono il monitoraggio in tempo reale degli aerei durante il volo. I componenti stampati in 3D e integrati con fibre CNT generano dati che possono essere utilizzati per il monitoraggio del componente stesso. Questo potrebbe ridurre i costi di assemblaggio e limitare la necessità di utilizzare fili per collegare i sensori tra loro.
Una migliore manutenzione predittiva
«I sensori sono stati progettati per essere realizzati con queste fibre, che sono incredibilmente leggere rispetto ai materiali esistenti e consumano pochissima energia», afferma il dottor Moisés Zarzoso, assistente di ricerca presso il partner del progetto, IMDEA Materials Institute, in Spagna, in un articolo pubblicato su 3DPrint.com. «Sono anche stampabili in 3D e, trattandosi di fibre CNT, possono essere facilmente incorporati in un componente fabbricato con la tradizionale fibra di carbonio, un materiale molto comune nella produzione di aerei.» Un aspetto importante del progetto è l’uso di gemelli digitali. Come spiega il dott. Zarzoso: «Si chiamano gemelli digitali perché sono modelli digitali molto precisi che vengono aggiornati durante l’intero ciclo di vita, replicando in tempo reale la parte o il componente fisico all’interno dell’aereo. Grazie al sensore incorporato, il componente fisico è in grado di comunicare direttamente con gli ingegneri a terra. Se, ad esempio, si verificasse un impatto durante il volo a causa di chicchi di grandine, le informazioni relative a eventuali danni al componente verrebbero registrate da quel sensore e poi inviate automaticamente al suo gemello digitale. Utilizzando queste informazioni, le simulazioni che stiamo sviluppando saranno in grado di analizzare il rischio che un potenziale impatto potrebbe provocare all’integrità strutturale del componente e di determinare la sua durata di vita residua.» I sensori aeronautici stampati in 3D possono contribuire a risparmiare in diversi modi: interruzioni per manutenzione più precise, segnalazioni di problemi prima che causino ritardi di volo, controllo e analisi dei componenti. Il progetto DOMMINIO (Digital method for imprOved Manufacturing of next-generation MultIfuNctIOnal airframe parts) sta sviluppando una nuova metodologia digitale per la progettazione, la produzione e la certificazione di componenti della cellula aeronautica multifunzionali e intelligenti. Il progetto si concluderà nel giugno 2024. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto DOMMINIO
Parole chiave
DOMMINIO, stampa 3D, sensore, velivolo, composito, nanotubo di carbonio, cellula, fibra CNT, gemello digitale
