Come i nuovi materiali da lavorare e le nuove idee plasmeranno l’industria manifatturiera aerospaziale di domani
Esplora il futuro della produzione aerospaziale con informazioni approfondite sui materiali avanzati da lavorare come i compositi in fibra di carbonio e le superleghe a base di nichel, l'ascesa della produzione additiva e l'importanza della sostenibilità. Scopri il ruolo fondamentale della formazione continua e della ricerca e sviluppo nel promuovere l'innovazione.Una serie di nuovi materiali da lavorare è destinata a cambiare il volto della produzione di aeromobili negli anni a venire. Ma cosa significa per il settore della lavorazione e degli utensili e quali misure devono essere adottate fin da subito per stare al passo con il veloce cambiamento?
L’industria aerospaziale globale ha recuperato fortemente dall’inevitabile rallentamento della pandemia. La domanda cresce di circa il 4-5 per cento l’anno e si prevede che il trend continuerà nei prossimi due decenni. "Per soddisfare una simile domanda (e allinearsi agli obiettivi di zero emissioni entro il 2050) produttori e fornitori dovranno guardare a nuovi materiali da lavorare, a collaborazioni più ampie e a modi di lavorare più efficaci", afferma Mark Walsh, Academic Lead di Seco Tools nel Regno Unito.
"Mi sono occupato di produzione aerospaziale per molto tempo e dicevo sempre che era importante pensare ai possibili progressi tecnologici dei 30 o 40 anni successivi. Tuttavia, non si può mai essere sicuri. Oggigiorno, esistono molte opportunità diverse con i materiali da lavorare e stiamo assistendo all’introduzione di materiali nei componenti dei motori per aeromobili che non avremmo mai considerato in precedenza".
Il ruolo dei compositi
I compositi avanzati come le materie plastiche rinforzate con fibra di carbonio (CFRP) sono un esempio lampante. I materiali compositi si stanno diffondendo sempre di più nel settore aerospaziale grazie all’elevato rapporto resistenza-peso e circa il 50% delle moderne strutture aeronautiche, come l'Airbus A350 e il Boeing 787 Dreamliner, sono realizzati con CFRP.
"Penso che i compositi in fibra di carbonio siano il futuro, soprattutto nel volo supersonico", afferma David Morr, responsabile della formazione ingegneristica globale presso Seco. "La tecnologia è incredibile. L’unico punto contrario è l’aspetto della sostenibilità, in quanto non sono facilmente riciclabili e una volta che i componenti sono stati utilizzati tendono a finire in discarica. Tuttavia, stiamo già investendo nel riciclo e la ricerca di metodi convenienti per riciclarle su larga scala è una priorità", afferma.
Ciò sottolinea un problema con molti dei nuovi materiali compositi nel settore aerospaziale. Sebbene ciascuno di essi offra vantaggi, spesso vi sono sfide da superare, in termini di approvvigionamento, costo, lavorazione o riciclo.
Con la riduzione del peso come obiettivo primario del settore, le leghe di alluminio, come 7178-T6 e 7079-T6, sono robuste, leggere, relativamente economiche e veloci da lavorare. Tuttavia, con un punto di fusione inferiore rispetto a molti altri metalli strutturali, sono potenzialmente inadatte per le applicazioni ad alta temperatura e la relativa morbidezza dell'alluminio significa che non può resistere a un'usura altrettanto elevata.
Gli acciai ad alta resistenza offrono robustezza e resistenza agli urti eccezionali, ma possono essere difficili da lavorare. Lo stesso vale per gli acciai inossidabili, che risultano meno utilizzati nelle applicazioni aerospaziali.
Anche le leghe di titanio, come Ti-6Al-4V, sono fondamentali per il loro rapporto resistenza-peso e la resistenza alla corrosione, tuttavia le forniture sono state seriamente influenzate dagli attuali problemi geopolitici.
Con la sostenibilità in cima all’elenco delle priorità del settore, le superleghe a base di nichel, utilizzate prevalentemente nelle sezioni delle turbine dei motori aeronautici, possono migliorare l’efficienza del carburante e le prestazioni complessive del motore e sono fondamentali per la spinta verso combustibili sostenibili per l’aviazione.
Un nuovo approccio
La proliferazione di nuovi materiali compositi nel settore aerospaziale implica che anche gli approcci alla lavorazione e agli utensili dovranno evolversi. David Morr è fiducioso del ruolo sempre più importante che la stampa 3D e la produzione additiva (PA) giocherà nel settore, soprattutto se si considera che la sua introduzione si è dimostrata più agevole di quanto si temesse.
"Lavoravo con l'Australian Defense Materials Technology Center (DMTC) in un team collaborativo che guardava ai materiali futuri. All'epoca si parlava molto della stampa 3D, che consideravamo una vera sfida. Invece, è risultata essere un po’ più facile da lavorare, perché si tratta di materiali PM (Powder Metallurgy). La qualità del materiale da lavorare ha eliminato qualsiasi variazione all'interno della struttura, determinando un processo coerente e privo di variazioni", ricorda. "I concetti che dobbiamo considerare riguardano il modo in cui questi materiali saranno lavorati, le caratteristiche che avranno e quale tipo di pensiero fuori dagli schemi potrebbe essere necessario per raggiungere questi obiettivi".
Mark Walsh concorda sul fatto che la produzione additiva nel settore aerospaziale continuerà a crescere, anche se, a suo avviso, il giorno in cui la vedremo per le parti sensibili della produzione aerospaziale è ancora lontano. "Probabilmente mancano ancora 10-15 anni a mio parere”, sostiene.
Un altro possibile sviluppo nell'ingegneria aerospaziale ipotizzato da Morr è un eventuale settore manifatturiero a due livelli.
"Con la crescita potenziale dell'aviazione in tutto il mondo, l'intero concetto della costruzione degli aerei potrebbe cambiare completamente in futuro", afferma. "Ad esempio, per la prima classe e per le aziende che intendono fare viaggi il più velocemente possibile, potrebbe esserci un focus sugli aerei supersonici. Oltre a ciò, potremmo usare quanto già in nostro possesso attualmente, ma con motori migliori a basso consumo di carburante, con più contenuti riciclabili e con più articoli stampati in 3D".
In ogni caso, il settore è in continuo sviluppo e l’istruzione e la formazione saranno essenziali per dotare la forza lavoro delle competenze necessarie per orientarsi verso il futuro della produzione aerospaziale.
"Dobbiamo aumentare la formazione in generale, il che avrà anche un impatto sul miglioramento delle competenze. Penso che ci dovrà essere uno scambio reciproco di competenze, con insegnamenti reciproci. Dobbiamo investire nelle università e dire: "Vediamo la tecnologia futura in questo modo e vogliamo essere coinvolti nella ricerca e sviluppo che stai facendo, per questo vogliamo sponsorizzare la tua ricerca. In cambio, dovrai studiare quanto sta accadendo a livello di avanguardia”, spiega Morr.
Con la crescente influenza dell'intelligenza artificiale nel settore, anche il ruolodegli operatori macchina potrebbe cambiare, secondo quanto ritiene Morr, che vede un futuro in cui ingegneri meccanici e robotici diventeranno operatori di nuova generazione. "Ciò", sostiene, "ridurrà i costi complessivi a lungo termine".
Una visione a tre elementi
Secondo Mark Walsh, i profitti finanziari, che ancora oggi alimentano gran parte del business, diventeranno sempre più solo una delle tre considerazioni principali nella produzione aerospaziale di domani.
"Esiste l'impatto economico dell’attività, l'impatto ambientale e l'impatto sociale. Questo è un modo di pensare relativamente nuovo in termini di produzione, ma penso che sarà il punto chiave della progettazione di processi e materiali. La considerazione per la progettazione circolare di nuovi materiali diventerà la norma, consentendo il recupero, il riutilizzo e il riciclo di quanti più materiali possibili per ridurre i rifiuti nei nostri processi".
Una nuova era
La domanda è fiorente e l'industria aeronautica guarda ottimisticamente al futuro. Dai materiali e dalla ricerca e sviluppo agli investimenti fino alla formazione, gli OEM e l'industria manifatturiera aerospaziale sono in grado di progredire con fiducia e con la consapevolezza che, mentre le catene di approvvigionamento possono rimanere una sfida, sono presenti gli elementi di base ideali per rispecchiare tale fiducia.
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