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Il team di Monaco di GE Aerospace Advanced Technology (GE AAT) sta progettando e producendo un componente per la produzione additiva (AM) di metalli su larga scala per il progetto MOnACO finanziato dall'UE: l'involucro Advanced Additive Integrated Turbine Center Frame (TCF). Ciò include la progettazione e la produzione di tagliandi e parti critiche, la convalida e la qualificazione e la consegna finale dell’involucro metallico stampato in 3D a grandezza naturale.

Dopo quasi sei anni di ricerca, sviluppo e ingegneria, il consorzio ha recentemente presentato il design dell'involucro TCF di grande formato che utilizza la tecnologia DMLM (Direct Metal Laser Melting) di GE Additive nella lega di nichel 718. L'involucro TCF è una delle parti più grandi realizzate con la produzione additiva per l'industria aerospaziale.

L'involucro TCF prodotto con la produzione additiva è progettato per motori a reazione a corpo stretto in cui la parte ha un diametro di circa 1 metro o più. Avere questa soluzione di progettazione a pezzo unico per produrre questo tipo di hardware per motori di grande formato con costi, peso e tempi di produzione ridotti offre un vantaggio commerciale competitivo.

"Volevamo ridurre il peso del pezzo del 25%, ma anche migliorare le perdite di pressione del flusso d'aria secondaria, nonché una forte riduzione del numero di pezzi per migliorare la manutenzione", afferma il Dr. Günter Wilfert, responsabile della tecnologia e delle operazioni di GE AAT di Monaco. manager. "Il team può essere orgoglioso dei risultati. Con la stampa finale dell'intero involucro, hanno dimostrato i valori. Tali obiettivi sono stati raggiunti e superati. Alla fine abbiamo ridotto il peso di circa il 30%. Il team ha anche ridotto il vantaggio di produzione tempo da nove mesi a due mesi e mezzo, una riduzione di quasi il 75%. Più di 150 parti separate che compongono l'involucro convenzionale del telaio centrale della turbina sono state consolidate in un unico pezzo."

Per garantire che tutti i requisiti tecnici fossero soddisfatti, compreso un vantaggio in termini di prestazioni dello 0,2% nel consumo specifico di carburante, il progetto è stato esaminato da esperti di tutto il team per il Technology Readiness Level (TRL) e il Manufacturing Readiness Level 4 (MRL4) e molteplici processi di produzione sono state eseguite prove per soddisfare la qualità dell'hardware e incorporare la producibilità di MRL4.

Al di là dei vantaggi ambientali, prestazionali, di peso, di costo e di riduzione degli scarti di questa nuova parte, l’impatto maggiore sarà la riduzione delle interruzioni della catena di approvvigionamento nelle industrie che affrontano le sfide con la fusione convenzionale.

Il TCF, un componente intrinseco dei moderni motori aeronautici turbofan, funge da condotto per il gas caldo che scorre dalla turbina ad alta pressione alla turbina a bassa pressione. Convenzionalmente, i TCF vengono prodotti mediante fusione e/o forgiatura, seguiti da ulteriori fasi di lavorazione.

A causa dei severi requisiti sull'hardware idoneo al volo nel settore aerospaziale, i fornitori approvati per parti di fusione e forgiatura sono molto limitati. Ciò crea tempi lunghi e costi elevati. Queste sfide, e il fatto che un TCF non sia una parte rotante, lo hanno reso un candidato ideale per l’AM.

La nuova soluzione di progettazione AM sui telai dei motori non si limita al TCF per i motori futuri; può essere sfruttato per i telai centrali del motore esistenti e legacy. Le caratteristiche di progettazione proposte possono anche essere trasferite e/o adattate ai telai posteriori delle turbine (TRF), agli involucri delle turbine a bassa pressione e ai telai centrali delle turbine (TMF).

"Le persone vogliono già sapere come è stata realizzata questa parte e come il design e la tecnologia potrebbero tradursi nei loro settori", afferma Ashish Sharma, un ingegnere capo avanzato del team GE AAT. "La nostra strategia è sempre stata quella di garantire che la progettazione dei componenti soddisfi i requisiti di ingegneria aerospaziale e gli obiettivi di Clean Sky 2, ma potrebbe essere facilmente trasferita ad altri motori di segmento simili e ad aziende e settori adiacenti."

"L'AM offre un enorme potenziale per ridurre il peso, migliorare le funzionalità dei componenti e ridurre sostanzialmente il numero di parti in assemblaggi complessi, aumentando direttamente l'efficienza energetica degli aerei e riducendo i costi e i tempi di assemblaggio", afferma Christina-Maria Margariti, responsabile del progetto per gli aerei alimentati a idrogeno per Clean Aviazione.