L'ottimizzazione della turbina passa dalla Powder Bed Fusion

In questo modo, si eliminano svariate fasi del processo di sviluppo del prodotto, con una riduzione drastica degli errori, grazie a sistemi di controllo sempre più evoluti che, strato dopo strato, monitorano l’intero processo produttivo per garantire la qualità finale del pezzo.

Così, il tempo che passa dall’idea alla sua realizzazione si accorcia, i tempi di prototipazione si riducono e questo consente di testare in poco tempo e con meno sforzi nuove varianti e customizzazioni.

Su questa linea si inserisce il progetto sviluppato dall’Università di Vaasa, un’università multidisciplinare e business-oriented che fa parte del network Prima Open Additive di Prima Additive, collaborando con l’azienda torinese del gruppo Prima Industrie nello sviluppo dell’additive manufacturing in Finlandia.

Con il suo laboratorio di ricerca, l’Università di Vaasa fornisce alle aziende locali tutta la consulenza di cui possono aver bisogno per avvicinarsi all’additive manufacturing, consentendo loro di sviluppare in loco le proprie applicazioni, grazie alla disponibilità di diverse apparecchiature, tra cui la Print Sharp 250 di Prima Additive.

Tra le aziende che si sono rivolte all’application center dell’Università c’è Finno Energy, una start-up di Helsinki che ha sviluppato un design innovativo per una camera di combustione di una turbina a gas, che migliora l’efficienza complessiva riducendo il consumo di carburante e, di conseguenza, le emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera.

La turbina progettata da Finno Energy si presta non solo ai motori automobilistici, ma anche a quelli per il settore aeronautico, delle turbine industriali e per la produzione di energia. Il design di questa turbina, inoltre, è stato testato per funzionare anche con combustibili alternativi, quali idrogeno e biocarburanti.

Il progetto realizzato da Finno Energy in collaborazione con l’Università di Vaasa prevede la riprogettazione di un turbocompressore. Tra le esigenze c’erano principalmente la necessità di mantenere il calore all’interno della voluta e quella di resistere a una pressione di 20 bar. Inoltre, la scelta del materiale più adatto doveva essere funzionale al fatto che il pezzo lavora a temperature di circa 1055° C, pertanto deve presentare caratteristiche di resistenza termica funzionali a resistere a queste temperature.
 

Basandosi su questi criteri, lo studio applicativo è iniziato dall’esplorazione di diverse strategie di design, provando a capire se fosse più funzionale un design modulare o se produrre tutto il componente in un pezzo unico. Proprio in virtù della possibilità di realizzare un pezzo unico senza necessità di assemblaggi successivi, oltre alla possibilità di eseguire una forma più funzionale, si è scelto di procedere utilizzando l’additive manufacturing del metallo.

Una volta individuata la tecnologia, sono stati analizzati dettagli più inerenti alla stampa quali l’altezza del layer, l’orientamento del pezzo sul piatto di stampa e la progettazione dei supporti necessari. 
L’additive manufacturing del metallo si è rivelata la tecnologia più conveniente perché ha consentito di applicare all’interno del pezzo una struttura reticolare, comunemente nota come struttura lattice, che permette di ridurre il peso del componente e, allo stesso tempo, di favorire l’isolamento termico. Inoltre, grazie a questa tecnologia, è stato possibile ridurre di molto sia il tempo totale di prototipazione che il costo di produzione del pezzo, rispetto all’utilizzo di tecnologie tradizionali.

Tramite un processo di fusione tradizionale, infatti, sarebbe stato possibile realizzare un componente simile, ma senza una struttura così complessa al suo interno e con costi e tempi di realizzazione molto maggiori, poiché sarebbe stato necessario creare degli stampi ad hoc, con consistente esborso economico e perdita di tempo, senza contare le lunghe fasi di post-trattamento.

Prima di giungere al prodotto finale, sono state compiute diverse prove sia tramite sistemi di simulazione digitale, che tramite prove di stampa. È proprio in fase di test del design che viene fuori ulteriormente il vantaggio dell’additive, poiché ogni modifica al file è realizzabile in poco tempo e, diversamente dalle tecnologie tradizionali, non richiede né nuovi stampi, né attrezzaggi diversi.

Grazie all’uso dell’Inconel 725 nel processo additivo, le proprietà meccaniche e le caratteristiche superficiali del componente si sono rivelate in linea con le richieste; pertanto, il pezzo realizzato è pronto all’uso appena uscito dalla macchina, senza necessità di trattamenti successivi.
 

Utilizzando la Print Sharp 250 di Prima Additive, che vanta un volume di lavoro di 258x258x330 mm, è stato possibile realizzare uno di questi componenti in circa 84 ore. 

Finno Energy, grazie al supporto dell’Università di Vaasa, proseguirà nella ricerca su questo tipo di componenti nel prossimo futuro, cercando di analizzare come migliorare ulteriormente le funzioni del componente tramite l’ottimizzazione topologica del design, cercando di aumentare l’isolamento termico e di ridurre ulteriormente il peso e il tempo di realizzazione del pezzo.

Questo caso dimostra come, grazie all’additive, è possibile realizzare e testare prototipi dal design ottimizzato molto più rapidamente rispetto a quanto si possa fare con le tecnologie tradizionali. Essendo questa tecnologia fortemente guidata dai casi applicativi, Prima Additive è sempre a disposizione direttamente o tramite la sua rete di Prima Open Additive Labs per supportare chi vuole avvicinarsi all’additive manufacturing aiutando le aziende a validare le proprie applicazioni e a sfruttare tutto il potenziale di questa tecnologia.