Manifattura additiva e ottimizzazione topologica : nuove prospettive per gli equipaggiamenti di satellite

Industries currently looking into Additive Manufacturing (AM) of high thermal-mechanical performance components are challenged by a choice between a variety of processes. Such a situation is somehow worsened by the lack of dedicated regulations. In spite of such difficulties, the aerospace industry is one of the most keen on experimenting and investigating this new technology for the production of end-use parts. The first half of the present work is dedicated to provide an AM processes classification, to individuate their fields of application and to present the AM technologies and materials state of the art. Specifically, in reference to spacecraft manufacturing, the analysis which was carried out allows to identify those technologies capable to provide spacecraft regulations compliant parts, thus to identify those structural components whose AM redesign could lead to space mission costs reduction. Spacecraft equipments are among the best candidates for the implementation of new concepts, especially concerning geometrical freedom. These considerations form the basis for the activity outlined in the second half of the work, which consists in the topology optimization of a typical spacecraft rack detail which must comply with random vibration performance requirements. In the end of this study, some technological aspects will be addressed in reference to the final proposed topology configuration looking towards its possible realization through AM.

Le industrie interessate all'adozione della manifattura additiva per la produzione di componenti con elevate performance termo-meccaniche si trovano oggigiorno dinnanzi alla scelta di un gran numero di tecniche, nel contesto di un quadro normativo ben lungi dall'essere completo. Ciò nonostante, l'industria aerospaziale si sta dimostrando tra le più attive nella sperimentazione di questa nuova tecnologia per la produzione di parti end-use. Questo lavoro è dedicato nella sua prima parte alla classificazione delle tecniche, all'individuazione delle loro principali aree di impiego e alla presentazione dello stato dell'arte delle tecnologie e dei materiali per la manifattura additiva. Contestualizzando il discorso al campo della fabbricazione di satelliti, l'analisi condotta nella prima parte permette di individuare le tecniche che potrebbero essere in grado di realizzare manufatti di qualità compatibile con i requisiti stabiliti dalla normativa vigente in ambito spaziale, e quindi di determinare la tipologia di componenti strutturali sui quali la riprogettazione in filosofia additiva può impattare in modo positivo nella riduzione dei costi associati alle missioni spaziali. In particolare, gli equipaggiamenti di satellite si dimostrano essere ottimi candidati per l'implementazione di nuovi concetti, specialmente per quanto riguarda le geometrie ottenibili. Queste idee danno slancio allo studio presentato nella seconda parte, che consiste nell'ottimizzazione topologica di un tipico componente strutturale presente negli equipaggiamenti di satellite, chiamato a soddisfare requisiti di natura dinamica a fronte di sollecitazioni random. Il lavoro si concluderà con valutazioni di carattere tecnologico sulla topologia proposta, nell'ottica di una sua possibile realizzazione per via additiva.