Redesign of a tiltrotor gearbox housing for Additive Manufacturing

Additive manufacturing is a technology which allows to produce highly efficient metals structures, reducing also lead times, and in some cases, the cost. For these reasons it has great potential for aerospace applications, which usually is characterized by complex components produced in small series. In this study a redesign strategy for intermediate gear case the Next Generation Civil TiltRotor by Leonardo is proposed. A preliminary characterization of the fatigue behaviour of the material printed using DED has been carried out, which is fundamental to asses the structural integrity of the component on the long term, also investigating failed specimens to evaluate possible manufacturing defects. The theory of topology optimization is presented, as well as the development of a methodology to carry out the redesign process. After the definition of the design envelope, the topology optimization tool is used to obtain a preliminary load-bearing structure. This has been used as a reference to carry out a more detailed design, which also embedded functional features. Structural analyses of the original and redesigned components have been done, performing a comparison between the two solutions. Finally some insights on possible manufacturing strategies and criticalities are presented.

La manifattura additiva è una tecnologia che permette di produrre strutture metalliche ad alta efficienza, riducendo i tempi di consegna e, in alcuni casi, i costi. Per questi motivi ha un grande potenziale per le applicazioni aerospaziali, che solitamente sono caratterizzate da componenti complessi prodotti in piccole serie. In questo studio viene proposta una strategia di riprogettazione per il carter intermedio del Next Generation Civil TiltRotor di Leonardo. È stata effettuata una caratterizzazione preliminare del comportamento a fatica del materiale stampato usando la DED, fondamentale per valutare l'integrità strutturale del componente nel lungo periodo, analizzando anche i provini rotti per valutare possibili difetti di fabbricazione. Viene presentata la teoria dell'ottimizzazione topologica, nonché lo sviluppo di una metodologia per eseguire il processo di riprogettazione. Dopo la definizione dello spazio di progetto, l'ottimizzazione topologica viene utilizzata per ottenere una struttura portante preliminare. Questa è stata poi utilizzata come riferimento per progettare una geometria più dettagliata, che includesse anche caratteristiche funzionali. Sono state effettuate analisi strutturali del componente originale e riprogettato, effettuando un confronto tra le due soluzioni. Infine vengono presentati alcuni approfondimenti su possibili strategie e criticità legate alla manifattura.