OHB System AG e Fraunhofer IAPT sviluppano una catena di processo per la produzione additiva di componenti ottimizzati

Supporto per il supporto del raggio di reazione (Materiale: Ti-6Al-4V). (Fonte: Catharina Clemens; Copyright: Fraunhofer IAPT)

Elemento di collegamento (Materiale: Ti-6Al-4V). (Fonte: OHB System AG; Copyright: OHB System AG)

L'introduzione della produzione additiva richiede il rispetto affidabile di tutti i requisiti specifici del settore in termini di qualità e standard. Come si riesce a farlo, lo mostra un progetto di OHB System AG e Fraunhofer IAPT. Le organizzazioni hanno sviluppato regole di progettazione e produzione, nonché linee guida e processi per la validazione e la produzione di componenti spaziali ottimizzati con la tecnologia di produzione additiva PBF-LB/M, e li hanno utilizzati per ottimizzare tre componenti satellitari.

Nel progetto »AM Maturation«, OHB System AG e l'istituzione Fraunhofer per le tecnologie di produzione additiva IAPT, su incarico dell'Agenzia Spaziale Europea ESA, hanno sviluppato una catena di processo additivo. Partendo dai requisiti specifici del settore per i componenti e i processi di produzione, i partner di progetto hanno definito una catena di processo individuale per la produzione tramite PBF-LB/M e hanno ottimizzato tre componenti satellitari lungo la rotta di produzione additiva.

Opportunità e sfide nell'introduzione della produzione additiva

La produzione additiva (in inglese Additive Manufacturing – breve AM) promuove l'innovazione in tutti i settori manifatturieri e può ridurre i costi a lungo termine. Nell'industria spaziale, ad esempio, l'AM aumenta le prestazioni di satelliti e veicoli spaziali. Il settore beneficia in particolare del processo PBF-LB/M, che consente miglioramenti delle prestazioni grazie alla libertà di progettazione di PBF-LB/M e all'integrazione funzionale. Inoltre, si può ridurre il peso dei componenti, lo sforzo di montaggio e integrazione, nonché i tempi di sviluppo e di produzione.

Contemporaneamente, il successo dell'implementazione delle tecnologie additive richiede il rispetto degli standard di qualità e di settore durante tutto il processo di produzione. Una rotta di produzione robusta è quindi essenziale per la produzione additiva di componenti che devono rispettare standard di settore, qualità e sicurezza.

Tre componenti satellitari validano la catena di processo AM

Per esplorare la produzione additiva per la realizzazione di componenti spaziali, OHB System AG e Fraunhofer IAPT hanno sviluppato regole di progettazione, produzione e validazione, nonché processi per componenti fabbricati additivamente. La validazione del metodo è avvenuta attraverso l'ottimizzazione di componenti strutturali e ottico-meccanici destinati all'uso su piattaforme satellitari e in strumenti.

Per stabilire una catena di processo, sono stati inizialmente effettuati trasferimenti di know-how, studi sui materiali e benchmark tra fornitori. La realizzazione dei processi verificati è iniziata con il design AM di tre componenti spaziali sempre più complessi, con prestazioni ottimizzate: un elemento di collegamento, un supporto per il giroscopio e uno specchio doppio.

La produzione è avvenuta con PBF-LB/M, la tecnologia più adatta alle esigenze di OHB System AG e conforme agli standard spaziali. Nella post-elaborazione, sono stati effettuati trattamenti superficiali – ad esempio sulle superfici degli specchi – per ulteriori miglioramenti. I test finali di tutti i componenti hanno verificato la conformità.

PBF-LB/M e i vantaggi per i progetti satellitari

Fraunhofer IAPT e OHB sono riusciti a sviluppare e ottimizzare una catena di processo AM completa e robusta per PBF-LB/M. Ciò include lo sviluppo di competenze di progettazione e verifica e la creazione di una catena di fornitura affidabile per componenti in titanio e alluminio.

Per i componenti satellitari rappresentativi prodotti, la rotta di produzione additiva ha portato diversi vantaggi. Tra questi, nel caso dell'elemento di collegamento sviluppato nel progetto, il raggiungimento di proprietà di rigidità definite attraverso una distribuzione di massa controllata e ottimale. Il supporto per il giroscopio può essere integrato e montato più facilmente grazie a dadi a clic incorporati direttamente. Inoltre, i tempi di sviluppo per adattarsi a condizioni di bordo variabili sono stati ridotti. Per lo specchio doppio, il componente più complesso tra i tre, la rotta di produzione additiva ha ridotto la deformazione termica del corpo dello specchio grazie a punti di montaggio ottimizzati e a migliori proprietà ottiche dovute a una maggiore stabilità termica. Sono inoltre stati ottenuti riduzioni di peso fino al 45%.

Il Dr. Marco Mulser, responsabile della coordinazione tecnologica di OHB System AG, riassume: »Con l'aiuto del Fraunhofer IAPT, OHB è riuscita a creare una catena di processo affidabile che ora ci permette di utilizzare componenti AM di alta qualità nei nostri progetti satellitari.«