VOCUS fornisce componenti certificati per i sistemi di scarico degli aeromobili grazie a tecniche avanzate di reverse engineering e stampa 3D

Nel settore aerospaziale, l'imprevedibilità della disponibilità e le incongruenze qualitative dei componenti critici possono compromettere sia la prontezza operativa che la sicurezza. La VOCUS GmbH di Augusta, un innovativo fornitore aerospaziale specializzato in reverse engineering e produzione additiva (AM), è stata incaricata di un progetto ad alto rischio: riprogettare e certificare un elemento scorrevole per il sistema di scarico di un aereo.

Per realizzare un flusso di lavoro di produzione additiva completamente certificabile e ripetibile, VOCUS ha lavorato in stretta collaborazione con Materialise. Insieme, i partner hanno creato una catena di processo digitale senza soluzione di continuità, dalla preparazione dei dati di progettazione e dalla strategia di costruzione alla tracciabilità della produzione, formando la spina dorsale per l'approvazione aerospaziale. La produzione metallica è stata eseguita su un sistema metallico industriale EOS, fornendo la stabilità di processo necessaria per costruzioni aerospaziali ripetibili.

Il componente originale, tradizionalmente saldato in acciaio aeronautico, presentava variabilità dimensionale, zone di stress indotte dalla saldatura, inefficienze operative causate dalla saldatura manuale e durata di servizio limitata. La missione era chiara: sviluppare un processo di produzione prevedibile, controllato digitalmente e certificabile che garantisse prestazioni migliorate e soddisfacesse i rigorosi requisiti del Certificato di Tipo Supplementare (STC) dell'EASA.

Soluzione

VOCUS ha adottato un approccio in più fasi che combina reverse engineering basato su TC, ottimizzazione digitale, processo di fabbricazione AM, test rigorosi e certificazione aerospaziale completa.

Nell'attuazione di questo approccio, Materialise ha supportato VOCUS con il suo ambiente software collaudato nel settore aerospaziale. La collaborazione ha garantito una preparazione affidabile della costruzione, una gestione standardizzata dei dati e una documentazione completa, elementi fondamentali per soddisfare i requisiti di certificazione.

1. Reverse engineering tramite scansione TC: l'utilizzo della tomografia computerizzata industriale ad alta risoluzione ha permesso di acquisire con estrema precisione sia le geometrie interne che quelle esterne, garantendo una base digitale esatta per la riprogettazione.
   
   
2. Ricostruzione e ottimizzazione CAD: Sulla base dei dati TC, gli ingegneri hanno ricreato la geometria in CATIA e implementato miglioramenti possibili solo con la produzione additiva, quali:
   - Riduzione dei punti di concentrazione delle sollecitazioni ed eliminazione delle zone di transizione indotte dalla saldatura
   - Ottimizzazione dei raggi di carico
   - Rinforzo delle aree soggette a sollecitazioni elevate
   - Riduzione mirata del peso nelle regioni non critiche
   - Struttura omogenea e priva di saldature per resistere a carichi termici e meccanici ciclici
   
   
3. Convalida del prototipo in polimero: è stato stampato in 3D un prototipo in polimero per verificare l'accuratezza dimensionale e l'adattabilità, garantendo la fedeltà CAD prima di procedere con la produzione in metallo.
   
   
4. Produzione metallica con EOS NickelAlloy e PBF/LB-M: il modello finale è stato realizzato su un sistema metallico EOS utilizzando Materialise Magics per la preparazione della costruzione ed EOS Build per l'integrazione del sistema. La stabilità e la ripetibilità della piattaforma EOS sono state fondamentali per ottenere un comportamento costante del bagno di fusione e risultati di costruzione affidabili. Sono stati prodotti sei pezzi scorrevoli per ogni costruzione, insieme a campioni di materiale per la verifica continua.
   
   
5. Post-elaborazione e controllo qualità: il flusso di lavoro di post-elaborazione comprendeva il trattamento termico di distensione, la rimozione dei supporti, la lavorazione di precisione e la sabbiatura con microsfere ceramiche. Inoltre, VOCUS ha introdotto una firma unica per ogni pezzo (lotto + numero di serie) per garantire la completa tracciabilità durante tutto il ciclo di vita del componente. In collaborazione con Materialise, VOCUS ha creato un sistema di tracciabilità digitale semplificato basato su Streamics. Questa dorsale dati centrale collega i parametri delle macchine, le informazioni sui materiali, i registri di post-elaborazione e i risultati delle ispezioni, creando una struttura documentale unificata pronta per la certificazione aerospaziale.
   
   
6. Prove a terra e in volo: l'EASA ha richiesto 10 ore di prove a terra - VOCUS ha completato 20 ore presso Binder Motorenbau e SOLO Aero Engines. I cicli di carico includevano: avviamento a freddo, avviamento del motore, 5 minuti a pieno carico, 3 minuti al minimo e raffreddamento, e ripetizione. I test di volo sono stati condotti su un velivolo Arcus da DreamWings, completando 35 ore senza incidenti. Oggi, i pezzi scorrevoli AM sono in uso operativo in Germania, Svizzera e Australia.
   
   
7. Certificazione e rilascio in serie: l'intera catena di produzione e documentazione - reverse engineering, AM, post-elaborazione e controllo qualità - è stata approvata come parte di un certificato di omologazione supplementare (STC) dell'EASA. Per quanto ne sappiamo, VOCUS è una delle poche aziende in possesso di un certificato STC dell'EASA per un componente metallico AM in Inconel e autorizzata a produrlo e fornirlo per l'uso operativo su aeromobili. 

Risultati

Grazie a questo progetto, VOCUS ha ottenuto la certificazione EN 9100/ISO 9001 per il processo di produzione approvato dall'EASA STC. I risultati principali includono:

• Precisione dimensionale e riproducibilità notevolmente migliorate
• Struttura omogenea, priva di saldature, con comportamento superiore sotto carichi ciclici
• Processo di produzione prevedibile e controllato digitalmente
• Riduzione della dipendenza dai processi di saldatura manuale e dagli strumenti specializzati
• Durata utile prolungata - stimata circa 10 volte superiore rispetto alla versione saldata
• Tracciabilità completa dall'inizio alla fine e protezione contro parti non autorizzate o contraffatte

La combinazione di AM e flussi di lavoro digitali ha consentito a VOCUS di fornire un componente più sicuro, più resistente e più certificabile rispetto alla controparte prodotta in modo convenzionale. La robustezza della piattaforma EOS ha contribuito all'elevata ripetibilità del processo e ha supportato lo sforzo di certificazione con condizioni di costruzione stabili e prevedibili.

"Anche le piccole aziende possono implementare tecnologie di produzione all'avanguardia come la produzione additiva, investendo direttamente o collaborando con i partner giusti, soprattutto se supportate da partner tecnologici esperti che forniscono infrastrutture digitali scalabili".

Stefan Gorkenant, Responsabile di progetto, VOCUS GmbH

Impatto più ampio

Il successo di questo progetto sottolinea un cambiamento più ampio nel settore della produzione aerospaziale: la produzione additiva non è più un dominio esclusivo dei grandi OEM con ingenti budget di ricerca e sviluppo. Aziende come VOCUS stanno dimostrando che, con il giusto mix di competenze ingegneristiche, integrazione dei flussi di lavoro digitali e controllo qualità rigoroso, anche le piccole e medie imprese possono ottenere risultati di livello aerospaziale.
Grazie alla collaborazione con Materialise e all'uso di sistemi EOS di livello industriale, VOCUS ha dimostrato come le catene di processo supportate digitalmente possano accelerare questa transizione e rendere la produzione additiva certificabile accessibile alle PMI.

Sfruttando la tecnologia AM accessibile e i percorsi di certificazione standard del settore, VOCUS non solo ha fornito un componente di scarico fondamentale, ma ha anche creato un precedente su come le aziende più piccole possono competere ai massimi livelli di precisione nella produzione. Questo approccio consente ai fornitori regionali di modernizzare i componenti legacy, prolungare la durata di vita degli aeromobili e rafforzare la resilienza delle catene di approvvigionamento, il tutto mantenendo l'efficienza dei costi e la flessibilità di progettazione.

In definitiva, il progetto del pezzo scorrevole funge da caso di studio su come l'accesso democratizzato a strumenti di ingegneria avanzati e alla produzione additiva possa aprire nuove possibilità di innovazione in tutto il settore aerospaziale. Dimostra che l'eccellenza nella produzione aeronautica non è definita dalle dimensioni dell'azienda, ma dalla visione, dalla precisione e dall'impegno al miglioramento continuo.

"Vedere VOCUS ottenere la certificazione di volo per la produzione in serie dimostra quanto possa essere potente un flusso di lavoro digitale strutturato. Insieme, abbiamo dimostrato che la certificazione è ottenibile quando la competenza ingegneristica e la garanzia di qualità basata sul software vanno di pari passo".

Tim Domagala, ingegnere R&S, Materialise

Informazioni sull'azienda

VOCUS GmbH