A cura di Antonio Di Felice.

Vi siete mai chiesti come siano prodotti gli enormi serbatoi dei razzi, contenenti litri e litri di propellente? La tecnica di produzione utilizzata è il filament winding che è tra le più presenti nel campo spaziale; poiché è veloce, fornisce un’elevata rigidezza strutturale e permette di creare anche strutture complesse.

Con questa tecnica vengono avvolti filamenti continui di materiale di rinforzo impregnati in resina su un mandrino rotante. La forma di quest’ultimo determinerà la geometria del componente che vogliamo realizzare e infine ci sarà un indurimento totale della resina ad alte temperature. Il mandrino è un elemento fondamentale, esso può essere sia fisso, cioè parte integrante della struttura, sia rimovibile o solubile.

Credits: Avio.com

Il fattore chiave per avvolgere una struttura è la traiettoria d’avvolgimento che può essere geodetica (ingegnerizzata) o non geodetica. La prima è preferibile, in quanto stabile, ma non sempre applicabile per strutture più complesse.

Applicazioni in ambito aerospaziale

Le aziende di tutto il mondo si stanno man mano adeguando alle nuove tecniche di produzione, per velocizzare il processo e ottenere proprietà meccaniche elevate.

A tal proposito, la Roth Composite Machinery di Steffenberg ha sviluppato un impianto di filament winding per la produzione dei componenti dell’Ariane 6, il nuovo lanciatore europeo che dal 2020 dovrebbe effettuare i primi trasporti satellitari per l’ESA. L’impianto è stato costruito in collaborazione con Avio, azienda leader nella produzione di propulsori spaziali, con sede a Colleferro.

Lanciatore Ariane 6. Credits: avio.com

L’impianto è uno dei più grandi al mondo ed è assolutamente all’avanguardia dal punto di vista tecnologico. Avio, infatti, ha brevettato un sistema ATL di posa automatica del nastro, che consente l’esatta posa del filamento permettendo di realizzare forme complesse come quelle per le componenti di attacco dei boosters. Data la presenza di tre carrelli, è configurato in modo tale da poter eseguire tre diversi tipi di processo di avvolgimento.

I materiali alla base del processo

La gran parte delle strutture aerospaziali critiche ad alta resistenza sono prodotte con resine epossidiche, poliestere e poliuretaniche con le quali le fibre di rinforzo vengono impregnate, prima di essere depositate sul mandrino. Tali fibre di rinforzo possono essere di vetro, di carbonio o aramidiche.

Tra i vantaggi c’è la possibilità di utilizzare rinforzi continui senza rotture o giunzioni, così come l’elevata percentuale di volume di fibre che è possibile ottenere, dal 60 all’80%. I costi sono abbastanza elevati, ma pesando i pro e i contro è sicuramente una tecnica efficace e molto apprezzata nel mondo dello spazio.