Sostituzione rapida delle parti Pronti per il decollo?

Come leader riconosciuto a livello globale nella ricerca, lo sviluppo e la transizione delle tecnologie, la University of Dayton Research Institute (UDRI) sta conducendo uno dei tre progetti MAMLS che hanno ottenuto il riconoscimento America Makes con il tema: Emerging Process Technology for Low Criticality Part Families (Tecnologie di processo emergente per famiglie di parti a bassa criticità). In modo specifico, UDRI sta esplorando la "Rapid Part Replacement via Digital Light Processing (sostituzione rapida delle parti tramite fotoelaborazione digitale) un processo di produzione additiva abilitato mediante la tecnologia Figure di 3D Systems. Ai fini di questo studio, le parti a bassa criticità includono connettori elettrici, manopole, rondelle elastomeriche e distanziali, ognuna delle quali svolge una funzione a bordo del velivolo.

Sia UDRI che 3D Systems inoltre hanno partecipato alle Fasi 1 e 2 del programma MAMLS, ugualmente focalizzate sulla sostenibilità, ma con argomenti centrali diversi. Sebbene ogni progetto sia stato indipendente dagli altri, le fasi precedenti hanno gettato le basi per lanciare senza indugio la terza fase e hanno dato a UDRI e a 3D Systems una conoscenza pratica del modo in cui lavorano gli ALC e quali sono le loro esigenze. Le fasi 1 e 2 hanno anche aiutato a identificare i casi di business per la produzione additiva di diverse parti, facendo luce su cosa fosse o non fosse possibile reperire facilmente e dove avesse senso utilizzare la produzione additiva.

Per il velivolo-tipo, la produzione additiva entra in gioco per le parti che sono fuori produzione a causa dell'obsolescenza della produzione, dei costi di creazione elevati, dei requisiti di quantità ridotti, dell'indisponibilità degli utensili originali, della scarsa documentazione o di altre difficoltà correlate alla disponibilità. La velocità di sostituzione delle parti offerta dalle tecnologie emergenti quali Figure 4 offre un'opportunità alle istituzioni come l'aeronautica militare degli Stati Uniti, che possono promuovere iniziative di sostegno strategiche. Nei prossimi due anni di questo progetto di ricerca, UDRI e i suoi collaboratori lavoreranno per scoprire se Figure 4 si inserisce nel quadro più ampio del supporto aereo.

Figure 4 di 3D Systems è un processo di produzione modulare che usa una membrana senza contatto in combinazione con le immagini di un proiettore. A differenza delle tecnologie di PA basate sul percorso utensile, Figure 4 produce un'intera sezione trasversale della parte con un'unica proiezione. Conserva la risoluzione precisa, garantendo superfici lisce, chimiche dei materiali di produzione reattive e velocità di stampa rapide. Figure 4 fornisce inoltre ripetibilità Six Sigma (C_pk > 2) in tutti i materiali Figure 4, caratteristica che la rende la prima tecnologia di stampa 3D pronta e disponibile per la produzione.

Insieme all'accuratezza geometrica, anche la velocità di stampa e l'idoneità del materiale sono fondamentali. La prospettiva di poter effettuare una riparazione personalizzata duratura in giornata è molto accattivante, per aumentare la disponibilità degli aerei in modo da renderli utilizzabili il giorno stesso. Prima di poter attuare questa capacità, UDRI si sta impegnando a identificare in modo metodico e a risolvere i potenziali problemi, per aprire la strada dell'adozione della tecnologia Figure 4 da parte di USAF, di altre agenzie DoD (Dipartimento della Difesa) e altri.

UDRI eccelle nelle aree dei materiali avanzati, dell'ingegneria, delle tecnologie aerospaziali e della fisica strutturale, tra le altre, e collabora con esperti esterni per rendere questo progetto il più completo ed efficace possibile. Insieme a 3D Systems, UDRI sta lavorando su protocolli di sviluppo di materiali, caratterizzazione e post-elaborazione, allo scopo di allineare e documentare le prestazioni dei materiali ai requisiti di quelli già qualificati per l'aviazione. Tali specifiche vanno dalle proprietà meccaniche e ambientali a standard di sicurezza quali la resistenza al fuoco.  Il ruolo di 3D Systems consiste nell'agevolare UDRI fornendo materiali per le applicazioni in fase di indagine in questo progetto, associando fotopolimeri esistenti in commercio o formulandone di nuovi.

Lockheed Martin e Northrop Grumman sono anche loro principali collaboratori ed eseguiranno indagini rigorose sulle parti test di UDRI per convalidare i risultati. UDRI sta esaminando tutte le specifiche militari, l'ALC e le qualifiche dei partner OEM per testare le parti rispetto agli standard di settore. Secondo il dott. Timothy Osborn, leader di gruppo dello sviluppo della tecnologia di produzione additiva di UDRI, questo insieme di collaboratori rappresenta la matrice di test giusta per applicare i risultati della ricerca più rapidamente rispetto ad altri programmi.

La prima attività del programma identificherà le parti specifiche da testare e delineerà le specifiche materiali richieste da tali parti. Utilizzando uno scanner Creaform HandyScan e un software di reverse engineering, UDRI digitalizzerà le parti con il metodo di lavoro "dalla scansione 3D al CAD" e preparerà i file per la stampa. Dopo la stampa, avrà inizio il test dei materiali. Il dott. Osborn prevede che lo studio inizierà a generare dati validi intorno ai sei mesi, culminando nel report finale e nella raccomandazione all'aeronautica militare al completamento del progetto.

Al momento le incognite sulle tecnologie Figure 4 per queste applicazioni sono molte, ma la velocità e le tolleranze geometriche di questa tecnologia sono molto promettenti. Tramite questo programma, UDRI e i suoi collaboratori pianificano di sbloccare il processo richiesto per rendere la sostituzione rapida delle parti una realtà.

Autorizzato per la diffusione al pubblico. Numero fascicolo: 88ABW-2018-5721 

L'impegno operativo della USAF, l'aeronautica militare degli Stati Uniti, diventa sempre più forte, a causa dell'invecchiamento di un gran numero di velivoli, sistemi e apparecchiature. Per risolvere questo problema occorrono soluzioni di manutenzione rapide, affidabili e di lunga durata. Gli addetti del settore guardano oltre le soluzioni tradizionali per affidarsi alle nuove opportunità nelle tecnologie emergenti. La sostituzione rapida delle parti mediante la produzione additiva 3D Systems per il controllo on-demand integrato è una soluzione interessante attualmente in fase di seria valutazione.

America Makes, partner nazionale leader e collaborativo nella produzione additiva (PA) e nella ricerca, nella scoperta, nella creazione e nell'innovazione relative alle tecnologie di stampa 3D, è al timone dell'iniziativa per identificare ed esaminare nuove opzioni di sostegno per una transizione in modo appropriato. Nell'ambito del programma “Maturation of Advanced Manufacturing for Low-Cost Sustainment” (MAMLS), America Makes si trova ora nella Fase 3 di un invito a presentare progetti per programmi di ricerca e sviluppo ideati per migliorare l'efficienza della fabbrica, nonché per consentire agli Air Logistics Complexes (ALC) di garantire la preparazione strategica dell'USAF.