Airbus utilizza il generative design per voli più sostenibili
Quando Design & Make with Autodesk ha pubblicato per la prima volta questo articolo nel 2016, Airbus si stava imbarcando in un nuovo viaggio per riprogettare l’aereo A320, con l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra entro il 2050. Nel trasporto aereo, ridurre il peso equivale a ridurre il consumo di carburante. Grazie al generative design, Airbus ha potuto alleggerire i suoi aerei rielaborando la partizione, cioè la parete divisoria che sostiene i sedili ribaltabili per i membri dell’equipaggio.
Grazie alla tecnologia del generative design, è stata inizialmente progettata una partizione più leggera del 45%, da produrre con la stampa 3D in metallo. Purtroppo, poiché tale processo di manifattura additiva dei metalli non si è rivelato essere così economico come ci si aspettava, la partizione bionica non è riuscita ad entrare nella fase di produzione. La tecnologia del generative design, però, ha continuato a progredire, conferendo maggiori funzioni e potenzialità ai processi di produzione più tradizionali.
Con questi progressi, la società Airbus è stata in grado di interpretare la fabbricazione della partizione bionica in una chiave del tutto innovativa. Sempre con l’ausilio del generative design, per l’ultimo progetto di partizione di Airbus si crea un calco di plastica con la stampa 3D che viene successivamente fuso in una lega metallica già qualificata per il volo. Il risultato? Una partizione forte e leggera come inizialmente pianificata, che garantisce la stessa efficienza energetica ma può essere anche prodotta su vasta scala in modo più sostenibile e con costi inferiori.
Potete leggere l’articolo originale qui sotto per conoscere tutti i retroscena del viaggio innovativo di Airbus. (Erin Hanson, managing editor di Design & Make with Autodesk)
Immaginate di essere seduti a bordo di un aereo pronto a decollare per le vacanze. Per evitare turbolenze improvvise, le ali di questo aereo possono cambiare forma; oppure la fusoliera dell’aereo può diventare trasparente, permettendo ai passeggeri di guardare fuori in ogni direzione.
Questa è la visione della cosiddetta Concept Cabin di Airbus presentata nel 2011. Potrebbe sembrare la solita pappardella futuristica ma, avete intuito bene, questo futuro inizia proprio qui, oggi.
Recentemente, Airbus ha collaborato con lo studio di architettura newyorkese The Living alla produzione, per mezzo di un software di generative design e della stampa 3D, di quella che è stata definita partizione bionica. Quella parete divisoria, la parete sottile ma di estrema importanza che separa l’equipaggio dai passeggeri, include lo spazio per l’accesso alla barella di emergenza e funge da supporto per i sedili ribaltabili per l’equipaggio nella fase di decollo ed atterraggio.
La partizione bionica pesa circa 30 kg, cioè il 45% in meno rispetto alle partizioni convenzionali, con un notevole risparmio in termini di carburante e di emissioni di CO2. L’aspetto più incredibile della partizione di Airbus è che il suo design si basa su un organismo unicellulare: la muffa melmosa.
“La muffa melmosa è un organismo davvero affascinante”, afferma Bastian Schaefer, Innovation Manager di Airbus. “Immaginatela mentre striscia in qualche angolo del bosco, in cerca di cibo. Per farlo, si espande in diverse direzioni, creando reti ridondanti di connessioni tra il proprio corpo e tutte le fonti di cibo che lo circondano. È proprio su questo comportamento che ci basiamo per cercare i collegamenti strutturali all’interno di una partizione. Per mezzo di un algoritmo, non colleghiamo solo tutti i punti di interfaccia della partizione alla struttura primaria del velivolo, ma anche all’interno della partizione, così da sostenere i sedili degli assistenti di volo. Così facendo, siamo in grado di creare una rete strutturale multi-ridondante all’interno della partizione”.
Per creare l’algoritmo a cui fa riferimento Schaefer, The Living ha dato vita ad un software di generative design. Il team preposto ha inserito dei vincoli nei tool del software per generare i progetti originali, con due obiettivi: ridurre il peso ed aumentare le prestazioni. Per quanto riguarda il primo obiettivo, la squadra puntava a ridurre il peso del 30% ma, grazie al design bionico, è stato possibile ottenere addirittura una riduzione del 45%.
“Il generative design consiste, fondamentalmente, nella definizione di obiettivi”, spiega Schaefer. “Quindi, se il vostro obiettivo è quello di ridurre il peso del velivolo, potete raggiungerlo, affidandovi al software ed ai suoi algoritmi. È possibile realizzare anche altri obiettivi, come le prestazioni strutturali. A tal proposito, per la partizione bionica abbiamo fissato come obiettivo una deformazione massima della partizione di 200mm in caso di crash test con 16g”.
Sulla base di questi vincoli iniziali, il team ha ottenuto più di 10.000 combinazioni di progetti per la partizione. Airbus si è affidata così all’analisi di megadati per limitare il numero di iterazioni del progetto e poi decidere quale sarebbe la soluzione finale migliore. “Stiamo utilizzando dei grafici in cui abbiamo inserito i due vincoli, peso e deformazione, e in cui visualizziamo tutte le soluzioni progettuali sotto forma di punti”, spiega Schaefer. “In questo modo, abbiamo potuto selezionare con facilità un paio di soluzioni progettuali per poi sottoporle ad un’analisi più dettagliata”.
Dopo aver selezionato il progetto desiderato, Airbus ha utilizzato tre diversi sistemi di produzione additiva per realizzare la partizione: il Bosom Concept Laser M2, l’EOS M290 e l’EOS M400 (per pezzi molto grandi). “Abbiamo suddiviso l’intera partizione in sottocomponenti e li abbiamo implementati nello spazio disponibile all’interno della stampante”, continua Schaefer. “Poi abbiamo dovuto decidere quale stampante fosse responsabile della produzione delle componenti piccole e quale delle componenti più grandi. A quel punto, abbiamo dato avvio alla stampa in parallelo. È stato necessario stampare almeno sette sequenze per creare un’intera partizione.
“Avevamo 116 pezzi, tutti dotati di connettori, che dovevano essere lavorati. La domanda era sempre la stessa: “La partizione funzionerà con tutti questi componenti?”, prosegue Schaefer. “Alla fine, tutti i pezzi si sono incastrati alla perfezione. Quando abbiamo sollevato la partizione, era sorprendentemente leggera e rigida allo stesso tempo. Questo mi fa ben sperare nel successo di questa tecnologia”.
Schaefer osserva come in passato non fosse possibile ottenere una simile riduzione di peso. “Se oggi siamo in grado di raggiungere questo obiettivo è semplicemente grazie alla combinazione del generative design con la stampa 3D”, sottolinea Schaefer.
Nella maggior parte dei casi, le macchine di produzione additiva industriale attualmente disponibili possono stampare solo piccoli componenti. Con stampanti più grandi è possibile produrre parti più grandi dell’aereo. In futuro, Airbus punta a stampare in 3D un’intera cabina di pilotaggio, che è due volte più grande della partizione. È necessario che la cabina sia sigillabile interamente dall’interno e sia antiproiettile. Oltre a basare il proprio principio di design bionico sulle muffe melmose, Airbus potrebbe sviluppare altri algoritmi ispirati ad organismi vegetali per creare nuovi poggiatesta o chissà quali altri componenti. Gli algoritmi basati sulle proprietà umane per progettare stabilizzatori verticali altamente resistenti o componenti per motori a reazione potrebbero diventare realtà. Airbus spera, un giorno, di poter produrre un aereo interamente con la stampa 3D, grazie al generative design.
“Tra le grandi visioni di Airbus in merito al futuro dei viaggi aerei rientra sicuramente la sostenibilità”, afferma Schaefer. “Abbiamo un particolare approccio relativo al ciclo di vita non solo del prodotto stesso, ma anche delle operazioni, nonché delle tecniche e modalità di produzione. Questo ci consente di intraprendere una nuova strada nella progettazione dei nostri velivoli: la biomimetica. La partizione bionica ha le proprie radici nella biomimetica. In fin dei conti, però, i nostri prodotti devono essere riciclabili al termine del ciclo di vita. Perciò teniamo conto dell’intero processo del ciclo di vita del prodotto. In un futuro prossimo o nel XXII secolo, potrebbe essere possibile mangiare un aereo”.