L’additive manufacturing (AM) sta cambiando profondamente il modo in cui i componenti per le applicazioni spaziali sono progettati e prodotti. Quasi tutti i principali stakeholder dell'industria spaziale stanno valutando le potenzialità dell’AM per incrementare le prestazioni dei loro prodotti in termini di miglioramento del rapporto rigidezza-peso, dell’integrazione di nuove funzionalità, dell’adozione di nuovi materiali, ecc. Sebbene oggi gran parte deli processi di AM siano limitati a componenti non critici, l'industria spaziale mira ad estenderne l’applicabilità ad elementi strutturali e mission-critical; la qualifica delle parti strutturali realizzate in AM richiede però serie di test molto costose e dispendiose in termini di tempo sia su campioni sia su componenti full-scale. Tuttavia, questo non è ancora sufficiente per garantire che le parti prodotte in seguito siano accettabili. A causa dell'impossibilità di testare un numero sufficiente di pezzi per garantire i rigorosi requisiti di affidabilità, è fondamentale determinare il limite massimo di difetto accettabile per la condizione di servizio più grave (fatica o statica) di un determinato componente ai fini della sua ispezione e qualificazione. Allo stesso tempo, l'industria spaziale sta esaminando l'adozione di nuove tecniche di qualifica rapida per ridurre i tempi ei costi di sviluppo del prodotto.

IamSPACE è un progetto finanziato dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) che si inserisce in questo quadro e mira ad affrontare in modo sinergico queste due sfide che attualmente stanno impedendo l'adozione dell’AM su più larga scala:

• nella prima parte (fase 1, guidata dal Prof. Stefano Beretta del Politecnico di Milano), il progetto svilupperà, testerà e convaliderà una metodologia per caratterizzare gli effetti di alcuni difetti specifici AM sottoposti a carichi statici elevati e stabilire le dimensioni massime dei difetti accettabili attraverso metodi della meccanica della frattura.
• la seconda parte (fase 2, guidata dalla Prof.ssa Bianca M. Colosimo del Politecnico di Milano) del progetto riguarda la riduzione degli sforzi di ispezione non distruttiva e di misurazione ex-situ nella produzione additiva di componenti spaziali mission-critical sottoposti ad elevati carichi statici tramite lo sviluppo e la validazione di un metodo di monitoraggio di processo (PMM). La produzione additiva strato per strato offre nuove opportunità per la raccolta di dati in linea tramite sensori installati in-situ che possono essere utilizzati per tenere sotto controllo il processo, identificare instabilità e rilevare l'insorgenza di difetti. Questo apre a nuove strategie di qualifica che possono trarre vantaggio dai dati raccolti in-situ.

A tal fine, il progetto IamSPACE mira a mettere insieme una rete di eccellenze composta da aziende e centri di ricerca con strutture, capacità e attrezzature all'avanguardia nel campo dell'AM.

Il progetto IamSPACE, sotto la guida della Prof.ssa Bianca M. Colosimo del Politecnico di Milano, main contractor, riunisce un consorzio di sei importanti aziende italiane e istituti di ricerca sull’AM per applicazioni spaziali. Due utilizzatori finali del processo (Leonardo e Avio) focalizzati su diversi tipi di prodotto (componenti strutturali e di propulsione spaziale) porteranno l'attenzione del progetto sulle sfide dei componenti mission-critical prodotti in modo additivo con prestazioni target e materiali diversi (leghe a base di alluminio e nichel). Due università (Politecnico di Milano e Politecnico di Torino) guideranno le attività di ricerca con i loro team di alto livello e di fama internazionale impegnati su temi quali: materiali AM, valutazione strutturale dei prodotti AM e su monitoraggio in-situ dei processi AM. Il consorzio comprende anche uno dei principali produttori italiani di sistemi AM a letto di polvere (Prima Industrie) per aiutare nella sensorizzazione del processo e nella creazioni di soluzioni per la prossima generazione di macchine AM per applicazioni spaziali. La Fondazione E. Amaldi (FEA) completa il team con la sua esperienza nel focus di ricerca a lungo termine sulle sfide AM per lo spazio.

Il progetto IamSPACE è un progetto biennale iniziato nel luglio del 2020 e la cui conclusione è prevista per luglio 2022. Il progetto ha già prodotto i suoi primi risultati, tra cui:

• La creazione di un catalogo dei difetti aggiornato per i processi di fusione a letto di polvere
• Due approfondimenti sullo stato dell'arte sui temi principali del progetto:
  • Metodi di valutazione strutturale per AM
  • Metodi di monitoraggio del processo

Nei prossimi mesi sarà completata la produzione di campioni di verifica ad hoc utilizzando le strutture del consorzio per fornire dati di test e validazione per i metodi attualmente in fase di sviluppo sia per la fase 1 che per la fase 2. Si prevede che i metodi sviluppati all'interno di IamSPACE verranno implementati in progetti futuri per lo sviluppo di nuovi componenti spaziali mission-critical, dando una nuova spinta all’utilizzo dell'AM nell'industria spaziale.