Nuove applicazioni laser per il settore aeronautico

LASIT – OCIMA e AVIO lavorano insieme per creare il futuro

Per aumentare l’efficienza dei motori aeronautici e rispettare i limiti delle normative antinquinamento, è necessario utilizzare miscele combustibile-comburente quanto più vicine possibili al rapporto stechiometrico ideale o utilizzare combustibili innovativi. In entrambi i casi si ottengono temperature di fiamma e fiamme più corte e, quindi, più vicine alle pareti dei componenti che contengono i prodotti della combustione.

Anche le più performanti superleghe non sono in grado di garantire un’adeguata resistenza meccanica ed è pertanto necessario proteggere i componenti con rivestimenti in materiale composito a matrice metallica o ceramica.

Per garantire l’adesione dei rivestimenti al supporto metallico è necessaria un’adeguata preparazione dello stesso. Il ciclo di trattamento più diffuso in ambito industriale ed aerospaziale è costituito da un trattamento costoso e altamente impattante sull’ambiente. Un ulteriore problema è la velocità di lavorazione, poiché i sistemi attuali utilizzano sorgenti laser ad impulso corto da pochi Watt o sorgenti con impulsi lunghi con potenze fino al kW. Le prime presentano lo svantaggio di avere tempi di trattamento lunghi, le seconde hanno lo svantaggio di produrre una notevole quantità di fuso. Pertanto, questi sistemi mal si adattano alle necessità del settore aero-motoristico.

Altcap intende progettare e realizzare una cella produttiva automatizzata, basata sulla tecnologia dei laser ad impulsi corti/ultracorti, per la pulizia e realizzazione di specifiche texture su superfici in substrato metallico, per renderlo in grado di accogliere rivestimenti di materiali differenti.  L’applicazione riguarda il trattamento di superleghe base cobalto (come l’HA188) impiegate in campo aero-motoristico che necessita di un rivestimento costituito da un primo strato di composito a matrice metallica (detto BOND Layer) e un successivo strato di composito a matrice ceramica (detto TOP Layer).

DSC05027 Nuove applicazioni laser per il settore aeronautico
DSC05071 Nuove applicazioni laser per il settore aeronautico

Il progetto porta con sé innovazioni nei seguenti ambiti:

Ambiente e sicurezza

Sostituzione di un processo nel quale si impiegano grosse quantità di polveri ed energivoro con un processo che non utilizza media di lavoro ed è a maggiore efficienza energetica.

Digital

Sostituzione di un processo essenzialmente analogico con uno completamente digitalizzato in grado di auto gestirsi senza intervento umano.

Automazione

Sostituzione di un processo manuale con uno completamente automatico e retro azionato.

Sistema adattivo

L’introduzione del concetto di individuazione del componente, selezione del programma di lavorazione e monitoraggio del processo.

Sistema aperto, multi configurabile.

Possibilità, attraverso la sostituzione/integrazione della componentistica, di adattarsi a diverse tipologie di lavorazione e prodotti, anche differenti rispetto a quelli del settore aero-motoristico.

Il progetto LASIT

  1. Campagna test per definizione tipologia laser e setup ottico da utilizzare in base al risultato ed il tempo ciclo
  2. Creazione di un software dedicato per realizzare un pattern specifico
  3. Integrazione Laser-software-motori con sistema assi realizzato da Ocima
  4. Messa a punto sistema di lavorazione e sviluppo del software

Data la natura dell’applicazione non è stato possibile utilizzare le normali tecniche di marcatura laser ed è stato necessario implementare una differente gestione del movimento degli specchi e quindi della distribuzione degli impulsi. In particolare, il movimento degli specchi è gestito in modo da fermare il fascio laser per un certo Δt (stimato dell’ordine di pochi in ms) in un determinato punto del materiale. Durante questa finestra temporale, il fascio laser viene mantenuto attivo e, gestendo la frequenza degli impulsi, sul singolo punto viene rilasciato un treno di impulsi necessaria realizzare il dot. Ovviamente il software permette la variazione del numero di impulsi per punto ed il salvataggio della specifica per poterla ripetere su altre geometrie.

In dettaglio, per la realizzazione dell’intera texture, si è realizzato un nuovo pattern di lavorazione per punti che emula l’effetto di una lavorazione meccanica di pallinatura (Hatch Pattern di tipo DOTS). Il pattern può essere modificato inserendo un angolo e definendo il fattore “Scale”, ovvero il doppio della distanza (in mm) tra due impulsi successivi. Lo stesso può essere utilizzato per riempire una geometria qualsiasi (tondo, rettangolo o altro). Nelle proprietà della campitura va definito il tempo (in ms) di permanenza degli specchi su un determinato punto. Il numero di impulsi rilasciati sarà dato dal prodotto frequenza per la durata temporale di permanenza.

Per la gestione dell’intera lavorazione occorre definire una “Job List”, ovvero una sequenza di lavorazioni successive.

Le aziende coinvolte

LASIT – sistemi e tecnologie elettrottiche

LASIT è la più grande azienda italiana dedita alla marcatura laser, che dal 1990 lavora per specializzarsi in questa tecnologia. Oggi ha sedi in tutto il mondo e vanta un laboratorio con oltre 20 sorgenti differenti. Gli investimenti continui in ricerca e sviluppo permettono all’azienda di essere all’avanguardia in tutti i settori produttivi e attirare continuamente nuovi talenti che rappresentano il futuro dell’attività. LASIT è specializzata nel trovare soluzioni idonee a grandi linee produttive, complete in tutti i passaggi del processo di tracciabilità: dalla verifica dei componenti, alla marcatura, alla lettura dei codici marcati attraverso avanzati sistemi di visione.

GE AVIO

Avio Aero è un’azienda che opera nella progettazione, produzione e manutenzione di sottosistemi e sistemi per la propulsione aeronautica. Con oltre 110 anni di storia, è un player globale per sistemi di trasmissioni meccaniche, turbine, combustori e sistemi di propulsione per applicazioni sia ad ala fissa che rotante; inoltre, è pioniere nel campo dell’additive manufacturing. La sfida di Avio Aero è sviluppare nuove tecnologie e applicazioni per ridurre il consumo di carburante e le emissioni di CO2, produrre aeromobili più leggeri e ottenere prestazioni migliori.

OCIMA

OCIMA è una PMI con esperienza trentennale nella costruzione di attrezzature e macchine automatiche per l’impiego industriale. I settori in cui opera sono l’automotive, l’alimentare, le tecnologie per l’irrigazione e l’energetico. L’azienda vanta una spiccata flessibilità alle richieste di sviluppo di soluzioni innovative e all’utilizzo di nuove tecnologie, così come una grande capacità di adattamento a nuove tecnologie e prodotti.

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