Technology & Digital Innovation

Il codice da Vinci 2.0

Difficilmente vi capiterà di trovare il comune di Cameri in molte guide turistiche. Situata sulla vasta e fertile pianura che si estende, apparentemente in modo sconfinato, tra le periferie industriali di Torino e Milano, la piccola Cameri sembra un po’ sperduta. Come in gran parte delle cittadine italiane, una splendida chiesa e un campanile segnano il centro del paese, ma durante la nostra visita all’inizio di febbraio le sue stradine sembrano per lo più silenziose e i negozi altrettanto vuoti o chiusi. Il posto più affollato è una trattoria del centro con una dozzina di persone intente a gustare le specialità locali. “Certo non è il paese più bello d’Italia” ci dice il proprietario indicando attorno a se. 

Ma la bellezza spesso alberga negli occhi di chi osserva. Specialmente da quando Avio Aero ha aperto qui vicino uno stabilimento dedicato all’additive manufacturing, il più avanzato in Europa per questa tecnologia: un via vai di ingegneri e top managers ha cominciato a invadere Cameri per vedere da vicino il modo in cui produrremo nelle industrie del futuro. “Questo stabilimento ci ha fatto capire che l’arte del ‘tutto è possibile’ risiede nell’additive manufacturing,” ha detto durante una recente visita David Joyce, CEO e Presidente di GE Aviation. “Questa è la vera avanguardia”. GE Aviation ha acquisito Avio Aero nel 2013.

Le tecnologie additive, come la stampa 3D, stanno dunque rivoluzionando  i settori produttivi in modo quasi del tutto analogo a come internet ha trasformato l’informazione e il commercio. Invece di rimuovere il metallo, questi processi permettono di creare un oggetto dal basso fondendo o depositando il materiale strato dopo strato. Agli ingegneri quindi basta disegnare degli oggetti sul proprio computer e inviare il disegno direttamente a una stampante 3D. Le macchine, ricevuto il disegno, lo scompongono in singoli strati che sono poi uniti secondo le specifiche del disegno stesso.  “Non ci sono limiti alla complessità dei disegni” dice Dario Mantegazza, Manufacturing Engineer di Cameri. “Si possono creare persino oggetti vuoti al loro interno, volendo, o riprodurre delle ossa.”

Cameri è un centro nevralgico della strategia industriale di GE legata all’additive. In Germania e Svezia GE Aviation, lo scorso autunno, ha acquisito il controllo di aziende come Concept Laser e Arcam che producono macchine per la stampa 3D. Negli Stati Uniti la tecnologia additive sta crescendo a Cincinnati (Ohio), sede del pioniere dell’additive manufacturing Morris Technologies – ora anch’esso parte del business guidato da David Joyce – e ad Auburn (Alabama), dove GE Aviation possiede un’altra fabbrica per la stampa 3D. “L’Italia e Avio Aero saranno centrali per la crescita del nostro ecosistema additive” ha detto Joyce. 

Questo perché lo stabilimento di Cameri è speciale. La gamma di materiali utilizzabili nella stampa 3D si estende, a seconda della complessità, dalla semplice plastica alle superleghe più avanzate. Ad esempio, lo stabilimento di Auburn con le sue macchine DMLM (direct metal laser melting)  produce ugelli combustore per motori aerei sovrapponendo strati di finissima polvere di metallo tramite un potente laser. Ogni strato misura dai 20 agli 80 micron  di spessore – più fine di un capello umano – e 2,5cm di materiale stampato possono contenere fino a 1250 strati. Aerei equipaggiati con motori dotati di questi ugelli trasportano già passeggeri attraverso Asia ed Europa.

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Lo stabilimento di Cameri, ad ogni modo, utilizza circa 20 macchine prodotte da Arcam. Attraverso un fascio di elettroni, vengono fusi strati di un portentoso materiale chiamato titanio alluminizzato (TiAl), quest’ultimo pesa il 50% in meno delle leghe a base nichel. Mantegazza e i suoi colleghi lo stanno usando per produrre le pale della turbina di bassa pressione del nuovo motore GE9X, il più grande mai costruito.

Le machine Arcam usano una pistola a elettroni per accelerare la potenza del raggio fino a diverse volte in più rispetto ai laser usati comunemente per la fusione di metalli. In questo modo, Mantegazza e i suoi, possono realizzare pale turbina tramite strati che sono oltre quattro volte più spessi di quelli abitualmente usati da stampanti laser 3D. Loro sostengono che questo metodo produttivo sia tanto veloce da competer con il casting,  il metodo tradizionale con cui si producono le parti in TiAl.

Il team è addirittura capace di modificare la forma delle parti e produrre diverse pale nello stesso tempo sulla stessa macchina. “È l’apoteosi della libertà nella produzione industriale” dice Mantegazza.

La stampa è comunque il primissimo step del processo produttivo additive. Una volta prodotte a Cameri, le pale turbina viaggiano verso Sud arrivando a Pomigliano d’Arco, una cittadina industriale in provincia di Napoli situata ai piedi del Vesuvio. Pomigliano è da sempre sede di uno dei più grandi stabilimenti di Avio Aero. Oggi è anche uno dei centri d’eccellenza di GE Aviation, dove gli ingegneri studiano e testano i migliori e più veloci processi industriali per finire le parti realizzate in additive così da tenersi pronti per la produzione. Tra questi anche i processi relativi alle parti provenienti da Cameri, così come i componenti del nuovissimo motore turboelica (ATP), che utilizza il maggior numero di componenti in additive rispetto a qualsiasi altro motore mai realizzato da GE  Aviation. La tecnologia additive ha permesso ai progettisti di ridurre da 800 a una dozzina i diversi componenti. In totale, quasi il 35% del motore verrà “stampato”, dice Carlo Silvestro, Engineering Manager nella sede di Pomigliano. 

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Tale riduzione della complessità aiuterà ad abbassare i consumi di carburante fino al 20% e il peso complessivo, in modo da fornire il 10% di potenza in più e velocizzare la produzione. Silvestro e il suo team stanno sviluppando il miglior processo di finitura di parti grandi e complesse come il combustore dell’ATP. “È la prima volta che realizziamo qualcosa del genere” ha detto.

Ma la tecnologia additive non è solo utile per produrre nuovi oggetti. Può anche riparare quelli esistenti. Lo scorso mese di novembre, Avio Aero ha aperto un centro per la riparazione in additive presso il Politecnico di Bari, una città di mare che si trova proprio sul tacco dello stivale italiano. Il laboratorio ospita due macchine che sembrano uscite da un episodio di Star Treck e stanno all’interno di grandi scatole metalliche.

Una di queste, la Laser Deposition, utilizza un raggio laser per ridisegnare un’immagine fatta a computer, come una pala di un motore aereo ad esempio. Il raggio laser dapprima depone un piccolo quantitativo di materiale fuso. Poi la macchina spara la povere metallica in un dato punto aggiungendo nuovi strati. “Si può ricostruire quasi qualsiasi tipo di geometria con solo poco materiale in aggiunta” dice il leader del laboratorio, Gregorio Dimagli. 

Un processo chiamato Cold Spray invece si trova nell’altra grande scatola metallica. Serve a ricostruire componenti di motore accelerando il potere del getto di metallo fino a quattro volte la velocità del suono attraverso un ugello che assomiglia a una di quelle pistole fantascientifiche e lo spruzza sul punto desiderato. “La saldatura avviene a livello di atomo” dice Dimagli. “Giacché non abbiamo bisogno del calore per attaccare il materiale aggiuntivo, non compromettiamo né il materiale stesso né le proprietà meccaniche del pezzo che viene  riparato. Per questo siamo così entusiasti.” Dimagli dice che “potenzialmente non ci sono limiti” alla quantità di materiale che può essere “spruzzato” sulle parti per ricostruire “geometrie 3D complesse”.

E mentre Avio Aero sta sviluppando la tecnologia additive di nuova generazione, allo stesso tempo sta formando le nuove generazioni di scienziati. Il Politecnico di Torino, collocato in un riammodernato impianto industriale di inizi 900 vicino al centro della città a Nord Ovest dell’Italia, è un vivaio di talento per GE (Mantegazza si è laureato qui). Ma è altrettanto uno snodo cruciale all’interno del network di ricerca di Avio Aero, che comprende circa 20 università scientifiche in Italia e una serie di PMI.

Franco Tortarolo, responsabile dei programmi di ricerca in Avio Aero, dice che il Politecnico di Torino ha aiutato la sua azienda ad acquisire l’esperienza necessaria per utilizzare al meglio la tecnologia a fascio di elettroni che è attualmente in uso a Cameri. Insieme con il Politecnico, infatti, a breve verrà aperto un nuovo laboratorio per la ricerca proprio all’interno del campus e sarà dedicato ai nuovi materiali per stampare oltre che ai test di nuove macchine. “La tecnologia additive è la più entusiasmante al giorno d’oggi” dice Tortarolo. “Se Leonardo da Vinci potesse vedere cosa stiamo facendo, ne sarebbe fiero.”

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