Si conclude ENCOMPASS - Design of Enhanced Metal Matrix Composites for Additive Manufacturing of Space Structures - il progetto dell’Agenzia Spaziale Europea dedicato allo sviluppo di nuovi materiali compositi e processi per la realizzazione, mediante manifattura additiva, di componenti strutturali destinati al settore spaziale.
Il progetto ha coinvolto sei partner: Politecnico di Milano, Leonardo, Thales Alenia Space Italia, Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, BEAMIT e Politecnico di Torino, con la supervisione tecnica dell’ESA. Per il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano hanno partecipato i professori Riccardo Casati, coordinatore del progetto, Stefano Beretta e Luca Patriarca, insieme a Giorgia Lupi e Luca Mariotti, che hanno svolto il proprio percorso di dottorato nell’ambito dell’iniziativa.
L’obiettivo era progettare e validare un materiale a matrice di alluminio capace di superare i limiti delle leghe comunemente impiegate nella stampa 3D metallica, offrendo maggiore rigidezza e resistenza meccanica senza compromettere la producibilità.
Il risultato centrale di ENCOMPASS è lo sviluppo del composito Al2618-TiB₂: una lega di alluminio rinforzata con particelle ceramiche di diboruro di titanio. La polvere metallica è stata ottenuta combinando due strategie: la formazione in-situ di TiB₂ durante l’atomizzazione della polvere e l’aggiunta controllata di particelle ex-situ mediante miscelazione meccanica ad alta energia. Questa soluzione ha consentito di raggiungere un contenuto di rinforzo di circa il 7% in peso.
Le attività sperimentali hanno portato alla definizione di una filiera completa: produzione e qualifica della polvere, ottimizzazione dei parametri Laser Powder Bed Fusion (LPBF), trattamenti termici, caratterizzazione microstrutturale e meccanica, progettazione e prova di dimostratori. Il TiB₂ ha promosso l’affinamento della microstruttura, eliminato le cricche di solidificazione e migliorato le proprietà del materiale stampato. Il composito ha raggiunto un incremento del modulo elastico del 15%, una resistenza a trazione di 459 MPa e una tensione di snervamento di 433 MPa, mantenendo tenacità a frattura e resistenza a fatica competitive rispetto ad altre leghe di alluminio prodotte mediante processi additivi.
Due dimostratori hanno tradotto questi risultati in hardware rappresentativo. Per Leonardo è stato realizzato un bipode per il supporto isostatico di apparati ottici, integrando tre tecniche di monitoraggio in situ del danno da fatica. Per Thales Alenia Space Italia è stato sviluppato un pannello inferiore per una piattaforma satellitare, prodotto in sottocomponenti e assemblato mediante incollaggio strutturale, dimostrando la possibilità di estendere l’approccio a strutture di dimensioni maggiori.
Il progetto ha inoltre evidenziato aspetti fondamentali per il futuro: il controllo rigoroso dell’umidità e della gestione delle polveri, l’ottimizzazione dei parametri di contorno per ridurre i difetti superficiali e lo sviluppo di trattamenti termici specificamente progettati per i compositi. ENCOMPASS pone così le basi per componenti spaziali più leggeri, rigidi e performanti nelle future missioni ESA.