Una fusione ad alta potenza per una maggiore rapidità di lavorazione
La produzione additiva (additive manufacturing o AM), nella quale una parte viene costruita strato per strato a partire da un file di design computerizzato, ha diversi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali di formatura, come per esempio la produzione di una parte vicina alla forma finale e la riduzione al minimo del consumo di energia post-lavorazione e degli sprechi di tempo e materiali. Il vantaggio principale è la capacità di produrre geometrie complesse con un’alta precisione. La AM per fusione a fascio di elettroni (electron beam melting o EBM) produce parti rapidamente su un letto di polvere all’interno di una scatola a vuoto fondendo strati in sequenza di polvere con un raggio a elettroni. La velocità ridotta, unita agli elevati costi di investimento per le attrezzature, rende questa tecnologia inadatta alla produzione di massa di componenti aerospaziali in lega di titanio. Il progetto FASTEBM, finanziato dall’UE, si sta occupando di risolvere questo problema con un nuovo cannone a fascio di elettroni ad alta potenza e la relativa tecnologia di controllo del processo. Il successo dell’iniziativa risiede principalmente nelle attività di modellizzazione e di simulazione. Il gruppo di lavoro ha ideato un modello del processo EMB in grado di adattare le simulazioni 2D ai modelli 3D, mediante l’utilizzo di tecniche di modellizzazione degli elementi finiti del cannone elettronico finalizzate all’aumento della potenza del fascio e, di conseguenza, della velocità di lavorazione. Il prototipo è stato sottoposto a sperimentazioni basate sui processi industriali condotte da un partner del progetto che ha depositato un brevetto per la tecnologia EBM. Le simulazioni hanno aiutato gli scienziati a identificare una finestra di processo in cui sono possibili velocità di lavorazione superiori, nonché livelli di porosità e rigonfiamenti ragionevolmente bassi nei modelli riusciti. I ricercatori hanno anche elaborato un modello dei costi del processo, dalla cui implementazione è emersa una potenziale riduzione di circa il 54 % del prezzo dei componenti aerospaziali in titanio rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali grazie all’abbattimento dei costi di produzione. Questi risultati avranno certamente un enorme impatto sulla posizione concorrenziale dei produttori di componenti aerospaziali dell’UE rappresentati, nella maggior parte dei casi, da piccole e medie imprese. Nell’ambito dell’iniziativa FASTEBM, è stato realizzato il prototipo di uno strumento EBM estremamente veloce e ad alta precisione dotato di software di controllo e di modelli di processi destinato a una produzione su vasta scala delle parti delle cellule in titanio. Gli sviluppi futuri in tale direzione consentiranno di utilizzare questa tecnologia nella produzione di numerosi componenti e altri processi di produzione additiva, contribuendo, in tal modo, al potenziamento dell’economia europea.
Parole chiave
Aerospaziale, produzione di massa, produzione additiva, fusione a fascio di elettroni
