Produzione di centine per UAV: metodi tradizionali VS stampa 3D con ARGO 1000

Nati in ambito militare per sorveglianza, ricognizione e missioni in località remote, l’uso degli UAV (Unmanned Aerial Vehicles, velivoli senza pilota) si sta estendendo notevolmente anche in campo civile, apportando un importante contributo in diversi settori, dal monitoraggio ambientale alla pubblica sicurezza.

La progettazione di questi velivoli prevede un continuo bilanciamento tra solidità strutturale e peso degli elementi che li compongono. Da un lato, sottostrutture come ali, fusoliera e coda devono garantire una risposta meccanica adeguata a consentire il volo in totale sicurezza, scongiurando qualsiasi possibilità di cedimento strutturale. Dall’altro, l’incremento di peso su un componente esercita un’influenza diretta su payload (carico utile), consumo di carburante e autonomia di volo, requisiti fondamentali per lo svolgimento di un’attività aerea.

Tra le sottostrutture più significative, le centine hanno sempre suscitato un grande interesse nel panorama tecnologico, andando incontro a evoluzioni di design, materiali e strategie di disposizione all’interno dell’ala.

Produzione tradizionale delle centine: materiali e metodi

La centina ha la principale funzione di formare e sostenere il profilo alare, garantendone la stabilità in fase di volo e distribuendo uniformemente le sollecitazioni meccaniche sui longheroni. A seconda della tipologia di velivolo, le sue dimensioni possono variare da decine di centimetri a qualche metro.

Tradizionalmente, le centine sono prodotte in materiale metallico per fresatura o per stampaggio di lamiere. Mentre la fresatura consiste nella rimozione selettiva di materiale a partire da un blocco solido, lo stampaggio prevede la deformazione della superficie di lamiere sottili per mezzo di una pressione controllata.

Considerando il numero ridotto di UAV richiesti dal mercato e le diverse taglie di centine previste in un’ala, i lotti produttivi sono solitamente costituiti da poche decine di unità con geometrie differenti. Per questo motivo, spesso si preferisce evitare la progettazione e la produzione di costosi stampi in acciaio previsti per lo stampaggio, in favore dell’asportazione di truciolo, con tempi di lavorazione e sprechi di materiale maggiori. Ad ogni modo, entrambi i processi necessitano di operatori esperti in grado di organizzare e monitorare la produzione, dal posizionamento del componente al calcolo di tolleranze e distorsioni.

Negli ultimi anni, alle soluzioni in metallo si sono affiancati laminati compositi con matrice polimerica, favorendo l’alleggerimento strutturale a scapito del costo di realizzazione della singola parte. Tra le diverse tecniche di produzione attualmente impiegate, figurano il Vacuum Infusion ed il Resin Transfer Molding: entrambe prevedono un sistema di miscelazione e iniezione della resina per il riempimento di una coppia di stampi al cui interno sono disposte le fibre di rinforzo. La polimerizzazione del composito avviene a temperatura e pressione controllate in autoclave. Lavorazioni successive sono effettuate con macchinari e processi ausiliari.

Anche in questo caso, la necessità di progettare e realizzare stampi dal difficile ammortamento stride con il numero ridotto di UAV richiesti dal mercato e con le diverse taglie di centine previste per ogni ala.

Stampante 3D ARGO 1000: cosa cambia rispetto ai metodi tradizionali?

Nella continua ricerca di soluzioni che permettano di aumentare l’autonomia di volo passando per un alleggerimento strutturale, l’industria aerospaziale, da sempre tra gli utilizzatori pionieri di nuove tecnologie, vede nella stampa 3D un potenziale strumento per il superamento dei limiti imposti dalle tecniche di manifattura tradizionali.

ARGO 1000 è la stampante 3D più grande del mondo, dotata di camera riscaldata, per la produzione veloce di parti in super polimeri e compositi incredibilmente forti: sarà disponibile sul mercato a partire dalla seconda metà del 2022.

Con il suo volume di stampa di 1000x1000x1000 mm, è possibile produrre componenti di grandi dimensioni o piccole serie in un unico ciclo, permettendo di soddisfare esigenze diverse e mutevoli, ottimizzando i tempi e riducendo i costi di produzione.

Stampa 3D Roboze nella produzione di componenti: quali vantaggi?

Le soluzioni di stampa 3D Roboze sono state sviluppate ponendo particolare attenzione nel garantire accuratezza, ripetibilità e controllo di processo, promuovendo l’industrializzazione della tecnologia e andando incontro alle esigenze tipiche di una produzione industriale, con annessi vantaggi:

• La libertà di design e la possibilità di realizzare strutture reticolari interne tipiche della stampa 3D, associate a super-polimeri e materiali compositi, abilitano alla produzione di componenti capaci di registrare un rapporto resistenza/peso considerevolmente alto;
• A differenza delle lavorazioni che prevedono asportazione di truciolo, la manifattura additiva riduce al minimo il materiale di scarto, portando ad una produzione sostenibile e più conveniente;
• La necessità di stampare piccoli lotti produttivi con geometrie differenti non apporta alcun costo aggiuntivo al processo di stampa, che riesce a contenere l’investimento iniziale e a ridurre il lead time non richiedendo la produzione di attrezzi e stampi specifici.

Tra i materiali processabili, il Carbon PEEK (PEEK caricato con fibra di carbonio al 10%) è un polimero semi-cristallino in grado di svolgere un’ottima funzione strutturale mantenendo una densità tipica di un materiale plastico (1.33 g/cm³). La resistenza meccanica è vicina a quella di una lega leggera di alluminio (Ultimate Tensile Strength - resistenza a trazione - di circa 140 MPa), mentre la natura della sua matrice auto-estinguente (UL94 V0) gli fornisce stabilità dimensionale e resistenza chimica anche ad alte temperature (HDT - Heat Deflection Temperature - di circa 250°C).

Confrontando le tecniche di produzione tradizionale sopra descritte, otteniamo dunque i seguenti risultati.

Per maggiori informazioni contatta il team alla e-mail: info@roboze.com.