Il laser sta diventando una tecnologia importante in molti settori, anche in quello aerospaziale il quale ha necessità di tecnologie sempre più innovative e performanti, e il laser è ideale per questo settore. TRUMPF si è affacciata a questo particolare e fondamentale comparto, e ci racconta 5 applicazioni in cui l’utilizzo del laser migliora le soluzioni aerospaziali.
Attualmente ci sono circa 8.000 satelliti in orbita attorno alla Terra e ogni anno se ne aggiungono circa 2.000 nuovi. Si prevede, inoltre, che il numero di lanci di razzi aumenterà fino a 200 entro il 2030. Nell’ingegneria aerospaziale la maggior parte degli investimenti vanno a quelle aziende che dispongono delle giuste competenze, come le conoscenze delle lavorazioni laser che ha TRUMPF. Scopriamo le 5 migliori applicazioni laser per il settore aerospaziale secondo TRUMPF.
Saldatura a tenuta estrema
Che i laser siano in grado di saldare a tenuta in modo preciso ed estremamente affidabile è stato dimostrato innanzitutto con i pacemaker e poi con le batterie delle auto elettriche. Ora anche l’ingegneria aerospaziale sfrutta il know-how acquisito in questi processi e si affida alla saldatura di acciaio inox, alluminio, titanio e superleghe come l’Inconel. I motivi principali sono l’elevata velocità del processo, a volte di diversi metri al minuto, e le saldature pulite grazie all’apporto di energia ottimizzato dai sensori.
La saldatura laser a tenuta stagna sta diventando uno standard sui serbatoi dei razzi. Se i tecnici scoprono che si sta lasciando passare anche la più piccola quantità di carburante, la squadra è costretta ad annullare il lancio del razzo; se nessuno si accorge della perdita, quando i motori si avviano, si verifica una catastrofe. Ecco perché le aziende aerospaziali preferiscono andare sul sicuro con i laser.
Collegamenti non omogenei
Durante la saldatura, i laser a impulsi ultracorti hanno un dosaggio di energia così preciso che possono unire in modo resistente anche materiali differenti, come ad esempio il vetro e il metallo. Questa combinazione è utilizzata soprattutto per i componenti ottici sui satelliti e per i finestrini sulle stazioni spaziali. L’argomentazione principale a favore dell’utilizzo del laser sta nel fatto che è diretta: ciò significa che non sono necessari complicati raccordi a vite o adesivi sensibili alla temperatura, che aumentano anche il peso.
La NASA ha già testato una saldatura a impulsi laser ultracorti realizzata a partire da vetro e Invar, una lega speciale, e pianifica di utilizzare questa tecnica. In molti casi, le connessioni dirette con il vetro e un altro materiale o le connessioni vetro-vetro sono l’unico modo per utilizzarlo in ambito aerospaziale. Anche le saldature tramite laser a impulsi brevi di materiali termoplastici rinforzati con fibra di carbonio e altre materie plastiche con metallo stanno sostituendo sempre più i classici raccordi a vite.
Componenti strutturali stampati
Ogni chilo risparmiato rende i voli nello spazio più vantaggiosi. Per i razzi perché riescono a trasportare più carico utile quando pesano meno, e il viaggio diventa più economico. Quando le aziende iniziarono a stampare componenti strutturali, come i supporti per telecamere, il loro pensiero principale era questo: utilizzare meno materiale possibile e costruire basandosi sulla mera funzionalità. Ora è evidente che la rivoluzione del design non sta solo rendendo i componenti più leggeri, ma anche più stabili perché sono possibili progettazioni migliori.
Non da ultimo, la produzione con la stampa 3D è in definitiva molto più economica rispetto ai classici processi meccanici come la tornitura, soprattutto per le superleghe resistenti alla temperatura come l’Inconel. Nell’ingegneria aerospaziale, quasi tutte le strade portano alle stampanti 3D.
Comunicazione laser fra satelliti
La trasmissione dei dati nello spazio avverrà presto tramite segnali laser. I satelliti LEO a bassa quota si spostano intorno al globo a circa 7,8 km/s. Per una connessione dati stabile non è quindi sufficiente avere un contatto con un solo satellite LEO, perché in breve tempo si troverà su un altro continente. In futuro i satelliti LEO scambieranno informazioni tramite un raggio laser informativo in volo per migliaia di chilometri. Presto anche lo scambio orbita-Terra passerà ai laser, perché questi hanno una velocità di trasmissione dati fino a cento volte superiore a quella delle onde radio. Si tratta di una buona notizia, perché la necessità di scambiare dati sta aumentando rapidamente a causa dello streaming, dei cloud AI, dell’Internet of Things e di molti altri servizi basati su dati.
Un altro aspetto utile è che, per motivi fisici, la trasmissione dati tramite laser è a prova di intercettazioni, quindi un tentativo di spionaggio verrebbe scoperto immediatamente. La trasmissione laser da satellite a satellite e da satellite a Terra funziona già oggi su quelli militari high-tech. Gli esperti stimano che entro dieci anni la tecnologia si affermerà anche nelle reti commerciali.
Produzione additiva di propulsori e Thruster
I propulsori dei razzi e i Thruster – piccoli motori che orientano, frenano o accelerano sonde o satelliti – per funzionare necessitano di canali di raffreddamento interni per il carburante. Per quanto concerne i mini Thruster, in virtù del ridotto spessore delle pareti, ci si può affidare solo alla produzione additiva e non c’è nessuna soluzione più economica nemmeno per quelli più grandi. Utilizzando la saldatura a riporto laser è possibile creare anche strutture più grandi con canali interni, come gli ugelli dei propulsori.
C’è anche un altro dettaglio vantaggioso: il processo è in grado di effettuare lavorazioni bimetalliche e strutturare i metalli desiderati a seconda della funzione. Nel caso dell’ugello è presente rame all’interno per un flusso di calore ottimale e un robusto strato di Inconel all’esterno per la stabilità.
