WURAM

L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), nell’ambito dei propri compiti istituzionali, tenuto conto della competizione in atto a livello Europeo, con l’intento di stimolare il tessuto nazionale della ricerca e di consolidare il ruolo nazionale ed il posizionamento di leadership già ottenuto dal settore industriale e della ricerca, promuove progetti di sviluppo tecnologico fortemente innovativi.

Con delibera n. 147/2020 del 15/07/2020 ASI ha approvato l’emissione del Bando Tecnologie Spaziali Innovative, per l’affidamento di attività di Ricerca e Sviluppo di tecnologie spaziali.

In particolare il Piano Triennale di Attività 2021-2023 prevede lo sviluppo di tecnologie a basso TRL e di architetture spaziali innovative, attraverso attività di disruptive Innovation, finalizzate a supportare missioni spaziali future, non fattibili tramite le attuali tecnologie, attraverso iniziative di lungo termine (oltre 5 anni). Tra le finalità dell’iniziativa risultano le seguenti:

• Acquisire progetti innovativi che consentano all’ASI di sviluppare tecnologie radicalmente innovative ed abilitanti per lo spazio utilizzabili nei futuri programmi spaziali dell’ASI;
• Stimolare il salto tecnologico nel settore spazio favorendo una attività di mining di idee innovative negli ambiti istituzionali (Università, Centri di Ricerca, etc..) ed in settori industriali anche differenti da quello spaziale;
• Stimolare l’eccellenza nelle aree ritenute critiche e strategiche per la comunità spaziale sia scientifica che industriale;
• Partecipare attivamente al processo di indipendenza nel campo delle tecnologie critiche abilitanti del sistema produttivo spaziale.

In tale contesto innovativo, nel dominio operativo dei Materiali e Processi, Sòphia High Tech è risultata vincitrice del bando, attraverso la proposta progettuale WURAM [poWders cUstomization pRocess for Additive Manufacturing], della durata di N°24 mesi, avente come obiettivo tecnologico lo Sviluppo e Realizzazione di una polvere metallica custom a base Rame-Acciaio, per la realizzazione di combustori/scambiatori/propulsori in Additive Layer Manufacturing

Uno dei maggiori problemi legati alle missioni spaziali è la necessità di realizzare sistemi propulsivi capaci di operare senza cedimenti in ambienti estremi, con temperature variabili da valori profondamente sotto-zero a picchi termici di centinaia di gradi.
In particolare, i sistemi di propulsione sono severamente sollecitati e necessitano di un dimensionamento adeguato a resistere in tali condizioni, il che non va nella stessa direzione del massimo contenimento dei pesi. La soluzione a tale problema è lo sviluppo di materiali ad hoc, capaci di coniugare le diverse proprietà richieste e mantenerle in ambienti estremi, quali quelli in cui le missioni spaziali si svolgono.
Ad oggi emerge dal mercato, aerospaziale e non, la crescente necessità di prodotti aventi geometrie personalizzate che non sempre risultano realizzabili ricorrendo alle tecnologie convenzionali. Tale esigenza deve necessariamente sposarsi, da un lato, con un prefissato livello di prestazione del prodotto in esercizio e, dall’altro, con la competitività dei costi, ragion per cui diviene di cruciale importanza la conoscenza approfondita dei processi che globalmente concorrono alla definizione dei costi globali di prodotto.

La manifattura additiva oltre ad essere un’importante fronte di ricerca che spinge a superare alcuni limiti tecnologici, imposti dalle tecnologie convenzionali, rappresenta una modalità produttiva green, applicabile a svariati settori industriali, che consente la realizzazione di oggetti (parti, componenti, semilavorati o prodotti finiti) non altrimenti producibili con le tecnologie convenzionalmente utilizzate in ambito industriale. Il progetto WURAM prende forma a valle del consolidamento della tecnologia additiva in ambito industriale, che, coerentemente con il ciclo di vita di un prodotto\processo, passa dalla delicata fase di ricerca d’avanguardia a quella di tecnologia alternativa di produzione in grado di impattare significativamente sul mercato. Infatti, all’interno della frenetica ed incalzante “corsa allo spazio”, si rendono sempre più necessari materiali alto-prestazionali, in uno scenario caratterizzato da costi di sviluppo/qualifica bassi, quindi dotati di un’elevata ripetibilità di processo e soprattutto con intrinseca capacita di personalizzazione.

Il Progetto WURAM stravolge il concetto di produzione additiva per sistemi propulsivi spaziali, sviluppando un nuovo processo tecnologico, inserito a monte dell’AM, per ottenere parti complesse, in una lega metallica completamente custom. Mediante WURAM non solo sarà possibile personalizzare la forma di Parti, sfruttando le potenzialità dell’AM, ma addirittura personalizzarne il materiale, miscelando polveri metalliche di natura differente.

• Titolo del Progetto: Powders Customization Process For Additive Manufacturing
• Acronimo: WURAM – poWders cUstomization pRocess for Additive Manufacturing
• Campo di applicazione: Materiali e Processi
• Obiettivo della ricerca: Sviluppo e Realizzazione di una polvere metallica custom a base Rame-Acciaio, per la realizzazione di combustori/scambiatori/propulsori in Additive Layer Manufacturing
• Durata del progetto: 24 mesi

La nuova polvere è realizzata attraverso l’avanzato processo tecnologico di mixing [POWMIX], già sviluppato e qualificato da SOPHIA nella produzione di combustori spaziali. Tale tecnologia, si basa un processo di miscelazione che sfrutta il principio del letto fluido eccitato da campi acustici. La scelta dei materiali da omogeneizzare avviene ovviamente considerando le caratteristiche da conferire al prodotto in esercizio. Il mixing è infatti ottenuto esaltando determinate proprietà (meccaniche, termiche, elettriche, acustiche, compatibilità elettromagnetica, etc) di alcuni alliganti/elementi opportunamente selezionati. Il nuovo materiale sviluppato nel progetto WURAM, deve assicurare un’elevata conducibilità termica, associata a notevoli proprietà meccaniche.

Nel progetto si scommette sulla miscelazione rame/acciaio [17-4_PH-Cu], utile ad incrementare le performance meccaniche del rame puro (e termiche dell’acciaio) per sviluppare un materiale light-weight da utilizzare come unico riferimento nazionale ed internazionale per la produzione di propulsori spaziali in ambiente ALM. Al fine infatti di dimostrare sia la robustezza del processo produttivo, che del materiale, messo a punto in WURAM, la SOPHIA intende realizzare un dimostratore tecnologico di largo utilizzo per applicazioni propulsive satellitari: un Thruster a propellente chimico, utilizzato per movimentazione di satelliti in orbita.