Cost model and industrial approach for the introduction of out-of-autoclave technologies in the helicopter sector

This thesis research, developed in collaboration with Leonardo Elicotteri S.p.A., aims primarily to study and compare two technologies for the production of composite materials: Hand Lay-up and Compression Molding. Hand lay-up is currently the most widely used technology for composite production in the aerospace sector, as it allows for the creation of high-quality products that meet the industry’s stringent requirements. On the other hand, Hand Lay-up is a manual process, and consequently, it is labor-intensive. Compression Molding, in contrast, is a technology that uses a press and is therefore much more efficient from an industrial perspective. Compression molding is already widely used in the automotive sector, and due to its strengths, a study is underway for its implementation in the aerospace industry as well. After a thorough study of composite materials and the two technologies through a state- of-the-art analysis, a comparative cost model was developed. The most significant result obtained from the study of the cost model was that for part numbers with particularly complex geometries a transition from hand lay-up production to compression molding is suggested. This tool is fundamentally important as it allows, by simply knowing the design of a part, to determine whether a transition from hand lay-up to compression molding would be cost-effective. In the second part of the thesis, a mathematical simulation model was developed to simulate the industrial planning of a potential work center focused exclusively on compression molding. The model was then used to analyze industrial plans, each with a specific purpose. We will examine two cases: the first aimed at maximizing the utilization of the work center, and the second focused on a scenario of under-utilization of the work center. Thanks to its high versatility, this second mathematical model proves to be a strategic tool of considerable importance, providing Leonardo Elicotteri with a decision-making model that enables the company to make informed choices based on economic and technological considerations.

Questa ricerca di tesi, sviluppata in collaborazione con Leonardo Elicotteri S.p.A., ha come scopo principale lo studio e la comparazione di due tecnologie per la produzione dei materiali compositi: l’Hand Lay-up e il Compression Molding. L’Hand Lay-up è attualmente la tecnologia più utilizzata per la produzione di materiali compositi in ambito aeronautico, in quanto permette di ottenere manufatti di altissima qualità che rispettano i requisiti molto stringenti dell’industria. Tuttavia, essendo un processo manuale, l’Hand Lay-up comporta un dispendio di tempo e risorse non trascurabile. Il Compression Molding, al contrario, è una tecnologia che utilizza una pressa e, di conseguenza, risulta molto efficiente dal punto di vista industriale. Questo metodo è già ampiamente utilizzato nel settore automobilistico e, per i suoi vantaggi, è oggetto di studio per una possibile implementazione anche nell’industria aeronautica. Dopo uno studio approfondito dei materiali compositi e delle due tecnologie attraverso un’analisi dello stato dell’arte, è stato sviluppato un modello di costo comparativo. Il risultato più significativo ottenuto dallo studio del modello di costo è che, per part number dalla geometria particolarmente complessa, è suggerita una transizione dalla produzione in Hand Lay-up al Compression Molding. Questo strumento è di fondamentale importanza, in quanto permette, conoscendo solamente il design di una parte, di determinare se sia conveniente o meno effettuare una transizione da Hand Lay-up a Compression Molding. Nella seconda parte della tesi, è stato sviluppato un modello matematico di simulazione di un piano industriale per un potenziale centro di lavoro che utilizzi esclusivamente il Compression Molding. Il modello è stato poi utilizzato per studiare piani industriali, ognuno dei quali con un obiettivo specifico. Questo secondo modello matematico, grazie alla sua grande versatilità, si rivela uno strumento di notevole valenza strategica, fornendo a Leonardo Elicotteri un supporto decisionale che consente all’azienda di effettuare scelte informate, basate su considerazioni economiche e tecnologiche.