Design for Additive Manufacturing per componenti motoristici in ambito navale

L’industria motoristica navale è attualmente interessata da una profonda trasformazione tecnologica orientata alla riduzione dell’impatto ambientale dei sistemi propulsivi. In questo contesto, l’Additive Manufacturing rappresenta una delle tecnologie più promettenti per la realizzazione di componenti ad elevata complessità geometrica, consentendo nuove opportunità di integrazione funzionale, alleggerimento strutturale e ottimizzazione delle prestazioni. La presente tesi è stata sviluppata nell’ambito del tirocinio svolto presso Isotta Fraschini Motori S.p.A. e si inserisce nel progetto di sviluppo di un propulsore navale di nuova generazione alimentato da combustibili gassosi alternativi, quali gas naturale compresso (GNC) e idrogeno (H₂). L’attività si concentra sull’analisi e sull’affinamento geometrico di alcuni componenti della linea di alimentazione destinati alla produzione mediante tecnologie additive metalliche. Dopo una panoramica introduttiva dedicata ai principi dell’Additive Manufacturing, alle principali tecnologie disponibili e ai criteri del Design for Additive Manufacturing (DfAM), viene presentato il contesto industriale di riferimento e l’architettura della linea di alimentazione del motore. Il lavoro sperimentale si focalizza principalmente su un collettore a T, inizialmente analizzato secondo i criteri DfAM al fine di migliorarne la producibilità e successivamente sottoposto a verifiche numeriche mediante il metodo degli elementi finiti. Le analisi svolte hanno consentito di individuare criticità locali legate sia alla resistenza strutturale sia alla tenuta delle connessioni flangiate, con particolare riferimento al rischio di estrusione degli O-Ring durante le prove di sicurezza in pressione. Sulla base dei risultati ottenuti è stato intrapreso un processo iterativo di ottimizzazione geometrica volto ad aumentare la rigidezza delle zone maggiormente sollecitate, mantenendo invariata la funzionalità del componente e limitando l’incremento di massa e di costo produttivo. Il confronto tra le diverse soluzioni proposte ha permesso di individuare una configurazione in grado di soddisfare i requisiti di sicurezza previsti senza richiedere modifiche sostanziali all’architettura della linea di alimentazione. Una seconda fase del lavoro ha riguardato l’analisi strutturale e di tenuta di un intero modulo della linea di alimentazione in condizioni operative rappresentative del funzionamento del motore. Anche in questo caso le simulazioni numeriche hanno consentito di individuare specifiche aree caratterizzate da elevate concentrazioni di tensione e di proporre modifiche geometriche mirate, finalizzate a migliorare il comportamento meccanico dell’assieme senza comprometterne le funzioni. Infine, la medesima metodologia è stata applicata a un ulteriore componente della linea di alimentazione, denominato collettore angolare, per il quale sono state svolte verifiche di tenuta e analisi del rischio di estrusione degli O-Ring, seguite da attività di affinamento geometrico basate sui criteri sviluppati durante lo studio del collettore a T. I risultati ottenuti confermano l’efficacia dell’integrazione tra simulazione numerica e Design for Additive Manufacturing nello sviluppo di componenti destinati ad applicazioni ad elevati requisiti di affidabilità e sicurezza. Il lavoro evidenzia inoltre il potenziale dell’Additive Manufacturing come tecnologia abilitante per la progettazione di sistemi innovativi nel settore della propulsione navale alimentata da combustibili alternativi.