La fusione con laser migliora la qualità delle parti dei motori degli aerei
Produrre componenti per i motori degli aeroplani non è semplice. I componenti devono essere leggeri ma abbastanza resistenti da sopportare condizioni estreme. Devono sopportare 1000 rotazioni al secondo e resistere a temperature di fino a 2000 ?C e, soprattutto, devono essere conformi a rigide norme di sicurezza. Alcuni ricercatori finanziati dall'UE non solo hanno sviluppato un metodo per produrre parti che possiedono tutti i requisiti appena elencati ma hanno scoperto un modo per produrli velocemente e a prezzi ragionevoli. Il progetto FANTASIA ("Flexible and near-net-shape generative manufacturing chains and repair techniques for complex shaped aero engine parts") è stato finanziato con 3,78 milioni di euro nell'ambito dell'area tematica "Aeronautica e spazio" del Sesto programma quadro (6? PQ). Il consorzio FANTASIA, che conta 20 membri, sotto la guida dei ricercatori del Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) in Germania, ha dimostrato come la fusione selettiva con laser (selective laser melting o SLM) può essere usata per fabbricare componenti di motori di aeroplani che siano allo stesso tempo ultra resistenti e dalle forme complesse e per riparare le parti danneggiate. Effettivamente i test hanno mostrato che i componenti prodotti usando questo metodo sono di qualità equivalente (se non migliore) a quelli fabbricati usando i procedimenti tradizionali. Con la SLM, il pezzo viene costruito uno strato alla volta, usando una polvere di metallo che è applicata al substrato e istantaneamente fusa per essere inserita nella posizione desiderata con un raggio laser molto potente, creando così un legame permanente con il resto dell'oggetto. "Con questo procedimento non solo si possono ottenere riparazioni perfette delle parti danneggiate dei motori ma si possono costruire componenti completi che non è possibile fabbricare usando i metodi tradizionali come la fresatura o la colata," ha spiegato il dott. Konrad Wissenbach dell'ILT e coordinatore del progetto FANTASIA. "Questo metodo permette anche di ottenere geometrie e disegni che prima potevamo solo sognare." I test hanno inoltre mostrato che i tempi del ciclo di produzione si possono ridurre di almeno il 40% usando la SLM e altri metodi generativi basati sul laser. Tutto ciò si tradurrebbe in definitiva in un risparmio del 50% del materiale necessario e di fino al 40% dei costi di riparazione. Il dott. Wissenbach ha detto che l'approccio SLM non è, per il momento, adatto a tutti i materiali della turbina ma che il team ha già ottenuto ottimi risultati con l'Inconel 718, una superlega a base di nickel, e con le leghe del titanio. Ha anche fatto presente che è necessario continuare la ricerca in particolare sui materiali che hanno la tendenza a creparsi o a spaccarsi. I ricercatori stanno attualmente esplorando metodi per usare la fusione o la formatura per risaldare crepe createsi nei componenti durante l'uso. Ma visto che prevenire è sempre meglio che curare, gli ingegneri stanno anche sperimentando metodi per bloccare la formazione delle crepe, variando per esempio la potenza del laser o usando una geometria a raggio. Al momento, altre aree di interesse per i ricercatori sono gli effetti del preriscaldamento della piattaforma di costruzione sulla qualità del prodotto e l'esigenza di migliorare la produttività del metodo (con uno spessore del rivestimento compresa tra i 30 e i 100 micrometri, la costruzione dei componenti più grandi può rischiedere troppo tempo). "[Quest'ultima] è un'area in cui possiamo associare un diametro del raggio più ampio per grandi superfici con un diametro più piccolo per i contorni," ha aggiunto il dott. Wissenbach. "Così facendo, intendiamo abbreviare i tempi di un fattore di 10". La ricerca per il progetto FANTASIA è stata condotta da istituti di ricerca e partner industriali provenienti da Francia, Germania, Italia, Lettonia, Sud Africa e Svizzera.