Una nuova prospettiva di vita per i compositi obsoleti destinati all’aviazione
I materiali compositi sono sempre più utilizzati nella progettazione di velivoli grazie alle loro proprietà estremamente distintive, tra cui il peso ridotto, una forza meccanica molto elevata e una produzione semplice. Inevitabilmente, anche la quantità di rifiuti compositi è in crescita e, pertanto, i ricercatori stanno lavorando a metodi per riposizionare i componenti compositi a fine vita. I materiali termoplastici sono estremamente riciclabili in quanto possono essere facilmente riscaldati e rimodellati per nuovi scopi. «Gli attuali metodi di riciclaggio volti a estendere la durata di vita dei componenti compositi possono recuperare circa l’80 % della fibra termoplastica e conservare le proprietà meccaniche della fibra di carbonio riciclata», osserva Pablo Ferrer Pérez, coordinatore del progetto SPARTA, finanziato dall’UE.
Trasformare materiale di scarto senza valore in materie prime preziose
Il progetto SPARTA ha introdotto un innovativo metodo ecoefficiente di riciclaggio degli scarti volto a migliorare la gestione attuale delle strutture termoplastiche rafforzate con fibra di carbonio al termine della vita del prodotto. Il processo contribuisce a una considerevole riduzione dell’impatto ambientale di tutte le operazioni relative ai sistemi di aviazione: produzione di materiale vergine, fabbricazione dei compositi e riciclaggio. Generalmente, i componenti riciclati che provengono da dispositivi aeronautici o di altri tipi di trasporto sono larghi e spessi (superiori ai 4 mm). Le tecnologie convenzionali quali lo stampaggio per compressione sono limitate nella loro capacità di trattare e riutilizzare il complesso materiale di scarto che ne risulta. «Il nostro nuovo concetto di taglio dei compositi sostituisce il movimento rotativo tra lo strumento di taglio e il pezzo da lavorare con uno lineare, per ottenere trucioli dallo spessore uniforme. Il principale vantaggio della tecnologia di SPARTA consiste nella sua capacità di lavorare laminati in qualsiasi direzione per ottenere nastri sottili contenenti fibre lunghe», afferma Ferrer Pérez. L’obiettivo finale consiste nel ricavare scarti piatti in modo che possano essere facilmente stampati. «Il nostro strumento di taglio per termoplastiche composite è in grado di generare trucioli che misurano 50 x 6 x 0.15 mm3 e produrre fino a 32 kg/h di nastri tagliati, con un consumo inferiore a 4,6 kWh/kg», aggiunge Ferrer Pérez.
Riciclare le materie prime per ricavare profitti
«I modelli e i metodi di calibrazione accurati sono fondamentali per ottenere misurazioni precise delle posizioni unidirezionali dei nastri tagliati. Questi dovrebbero contribuire inoltre a evitare gli elevati costi di manodopera, i grandi investimenti in termini di attrezzatura e i difetti nello stampaggio», osserva Ferrer Pérez. La soluzione di SPARTA affronta queste sfide sfruttando un robot collaborativo che automatizza il processo di stampaggio e il consolidamento dei materiali. Una testa di deposizione su misura dotata di una pinza posiziona ogni nastro in un’apparecchiatura di stampaggio per compressione secondo il modello CAD per ottenere un pannello consolidato. Infine, viene prodotto un pannello riciclato completamente allineato composto da nastri unidirezionali di fibre lunghi e continui. «Il vantaggio dell’automazione ci consente di ridurre i costi di manodopera e i difetti manuali. Il costo stimato per chilogrammo di materiale di scarto è 0,37 euro, un’alternativa davvero competitiva, sotto il profilo economico, alle fibre di carbonio vergini che superano i 30 euro al chilogrammo», osserva Ferrer Pérez.
Un passo in avanti verso la produzione di velivoli sostenibili
Al fine di garantire che le proprietà meccaniche dei materiali riciclati siano paragonabili a quelle dei compositi commerciali preparati con fibre di carbonio non riciclate, i ricercatori hanno ottimizzato determinati concetti di progettazione, quali il volume, le dimensioni, il peso e la distribuzione della fibra. «L’impiego di scarti ci consente di ridurre i tempi di commercializzazione di nuovi prodotti per l’aviazione eliminando la dipendenza dalla disponibilità e dallo stoccaggio di materie prime, nonché la fluttuazione dei prezzi. Inoltre, lo stampaggio per compressione possiede tempi di lavorazione molto rapidi. Affrontando le preoccupazioni sollevate relativamente alle ripercussioni sull’ambiente non solo durante il funzionamento di un velivolo, ma anche nella produzione di materiali compositi, l’impatto ambientale di SPARTA è in linea con le iniziative e le ambizioni dell’Unione europea verso un’economia circolare», conclude Ferrer Pérez.
Parole chiave
SPARTA, composito, scarto, termoplastica, fibra di carbonio, stampaggio per compressione, economia circolare
