Analisi e sostituzione del support flag di un aereo ATR cargo con realizzazione di provini in stampa 3D al fine di analizzarne microstruttura, alleggerimento e riduzione dei costi.

Il seguente lavoro di tesi si inserisce nel contesto della ricerca industriale applicata, condotta in collaborazione con l’azienda aerospaziale Adler Aero SpA, leader nella produzione di componenti per l’industria dei trasporti. Il lavoro si focalizza sulla sostituzione e ottimizzazione del componente support flag localizzato nella crew door di un aereo cargo ATR. L’obiettivo centrale è individuare soluzioni innovative che consentano di ridurne il peso, migliorarne la microstruttura del materiale e ottimizzarne i costi, sfruttando le potenzialità della produzione additiva e delle tecniche di simulazione avanzate. La ricerca, articolata in due fasi sperimentali, prevede dapprima un’analisi comparativa tra i materiali in campo metallico e polimerico per determinarne la conformità alle proprietà meccaniche previste da progetto. In questa prima fase, si è proceduto a sviluppare un’analisi FEM in CATIA con focus sulla distribuzione degli sforzi e analisi delle zone con maggiore criticità. Le analisi FEM hanno permesso di ottimizzare il design per garantire l’affidabilità e la sicurezza del componente nelle condizioni operative tipiche di un aereo ATR cargo. Con l’analisi delle proprietà meccaniche e delle prestazioni in situazioni di carico, la ricerca si propone di valutare l’effettiva convenienza e fattibilità della sostituzione del materiale metallico con polimeri avanzati, mantenendo elevati standard di qualità e sicurezza aeronautica. La seconda fase ha avuto luogo nei laboratori del Politecnico di Torino e ha permesso di investigare le superfici di frattura in seguito a test di trazione e flessione mediante stereomicroscopio. In aggiunta, è stato possibile analizzare la microstruttura con l’obiettivo di investigare su eventuali ottimizzazioni del processo di produzione. In via successiva, è stato interessante esaminare l’analisi delle porosità mediante software ImageJ con l’obiettivo di valutare gli eventuali siti di coalescenza nei vari materiali. Come era atteso, la lega AlSi10Mg si è rivelata la più prestante sia per quanto concerne le proprietà meccaniche sia per le condizioni di stampaggio e la percentuale di porosità. Nonostante questi risultati, i due polimeri ULTEM™ 9085 e ABS-M30™ sostituiti nel componente support flag hanno mostrato un carico a rottura in accordo con le richieste di progetto avanzate dal customer Leonardo SpA. In via definitiva, valutando l’alleggerimento e le prestazioni meccaniche mostrate dai materiali, il miglior compromesso è stato raggiunto dal polimero ULTEM™ 9085, tra l’altro conforme alle normative FST richieste in ambito aerospaziale. La tesi si conclude con una valutazione economica della sostenibilità progettuale che ha mostrato come l’adozione di tecniche di additive manufacturing possa rappresentare una soluzione economicamente efficiente per l’industria aerospaziale, riducendo significativamente i tempi e i costi di produzione. La scelta di materiali innovativi per componenti strutturali secondari, quali il support flag, si rivela quindi strategica per l’ottimizzazione delle prestazioni dell’aeromobile, assicurando un migliore rapporto tra resistenza strutturale e peso, oltre a un ridotto impatto ambientale grazie alla diminuzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO2. In termini puramente quantitativi, l’approccio industriale proposto dal presente lavoro ha consentito un alleggerimento del componente del 116,67% e una riduzione dei costi di processo del 69,62%.