“Dezvoltarea prin tehnologia fabricarii aditive de componentele rotative cu structuri usoare pentru electropompe utilizate in aplicatii spatiale” – LAMSPACE
Cod Proiect: PN-IV-P7-7.1-PED-2024-2078
Numar contract: 34PED/2025
Titlu proiect: “Dezvoltarea prin tehnologia fabricarii aditive de componentele rotative cu structuri usoare pentru electropompe utilizate in aplicatii spatiale”
Acronim: LAMSPACE
Domeniu de specializare: Digitalizare, industrie si spatiu (ASC); Economie digitala si tehnologii spatiale (DSIN); Materiale functionale avansate (DSIN); Fabricatie avansata (DSIN)
Autoritatea Contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii
Durata proiect: 24 luni (03/01/2025 – 03/01/2027)
Consortiu: CO: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare – COMOTI; P1: Auto Aro Group SRL
Buget Proiect: Buget total: 751750 lei; Buget de stat: 703500; Cofinantare: 48250 lei
Director Proiect (CO): Dr. Ing. Alexandru Paraschiv
Responsabil proiect (P1): Ing. Claudiu Visan
Proiectul LAMSPACE urmareste dezvoltarea, prin tehnologia de fabricare aditiva de tip fuziune cu laser in pat de pulbere (L-PBF), a unui rotor centrifugal inchis si a unui anterotor din aliaj Ti-6Al4V, destinate integrarii intr-o electropompa pentru aplicatii spatiale. Prin combinarea fabricatiei aditive L-PBF cu metode avansate de proiectare si optimizare topologica, proiectul vizeaza obtinerea unui ansamblu rotor–anterotor cu masa redusa si performante functionale imbunatatite, compatibil cu cerintele de functionare ale sistemelor de propulsie pentru aplicatii spatiale.
Fabricatia conventionala a acestor componente presupune mai multe etape tehnologice complexe si costisitoare, acces limitat la suprafetele interne ale rotorului centrifugal inchis, operatii de asamblare, precum si restrictii majore privind optimizarea masei si a geometriei interne. Tehnologia L-PBF reduce semnificativ aceste limitari, oferind o libertate mare in proiectarea geometriei interne, permitand integrarea de structuri interne de tip lattice pentru reducerea masei si aplicarea optimizarii topologice, cu pastrarea sau chiar imbunatatirea performantelor fata de componentele fabricate conventional.
Obiectivul principal al proiectului este cresterea nivelului de maturitate tehnologica de la TRL 3 la TRL 4 pentru rotorul centrifugal inchis si anterotor, prin reproiectare pentru fabricatie aditiva, optimizare topologica, integrarea structurilor lattice, fabricatie prin L-PBF, precum si testare si validare in conditii de laborator.
Directiile de cercetare sunt aliniate la doua obiective strategice principale: (i) cresterea eficientei sistemelor de propulsie si simplificarea proceselor tehnologice de dezvoltare si fabricatie; (ii) valorificarea fabricatiei aditive L-PBF si optimizarii topolgice pentru realizarea de componente usoare, cu performante ridicate, dedicate aplicatiilor spatiale.
Prin testarea si validarea componentelor in conditii de similitudine si prin compararea performantelor cu cele ale modelelor realizate prin tehnologii conventionale, proiectul isi propune sa contribuie la redefinirea modului de proiectare si fabricatie a componentelor rotative critice utilizate in sisteme de propulsie pentru aplicatii spatiale, promovand solutii mai eficiente, mai fiabile si mai sustenabile.
In cadrul Etapei I a proiectului LAMSPACE au fost definite cerintele functionale ale electropompei cu metan lichid (LCH4) si a fost realizata proiectarea conceptuala a rotorului centrifugal inchis si a anterotorului, validata prin analize CFD. Concomitent, a fost evaluata fezabilitatea procesului L-PBF, au fost identificate zonele design/non-design pentru integrarea structurilor interne usoare si a fost definita o matrice de testare ale aliajului Ti-6Al-4V.
Incercarile fizico-mecanice si investigatiile microstructurale si de microcompozitie ale materialului au permis identificarea unui interval optim de parametri de proces, care asigura materialului procesat prin L-PBF o densitate relativa de pana la 99.5%, porozitate sub 0.1% si o rezistenta la tractiune cu aproximativ 25% mai mare decat cea a aliajului procesat conventional.
Simularile numerice preliminare si testele mecanice au confirmat potentialul structurilor lattice de tip octet. In cazul rotorului centrifugal inchis, reducerea volumelor de material fara rol functional a condus la o scadere a masei cu aproximativ 51% fata de designul de referinta. Integrarea ulterioara a structurii lattice de tip octet in miezul rotorului a adus o reducere suplimentara a masei de circa 21.5%, cu respectarea cerintelor de rezistenta si rigiditate.
Pentru anterotor, configuratia optimizata cu lattice conduce la o reducere estimata a masei de 65.5%, mentinand performantele hidraulice si mecanice in limitele tinta. Pe baza simularilor numerice preliminare si a testelor mecanice a fost confirmat potentialul structurilor lattice de tip octet, fiind propuse modele optimizate cu reduceri estimate ale masei de 61.8% pentru rotor si 65.5% pentru anterotor, fara a compromite cerintele functionale si de performanta ale ansamblului hidraulic.
Figura 1. Fabricarea aditiva de probe, structuri si modele experimentale
Rezultatele obtinute pana in acest moment confirma fezabilitatea conceptelor propuse si constituie fundamentul tehnico-stiintific in vederea atingerii nivelului de maturitate tehnologica TRL 4 in Etapa II. Aceasta va include extinderea testelor pe structuri lattice, fabricarea si postprocesarea modelelor experimentale de rotor centrifugal inchis si anterotor, precum si testarea si validarea acestora in conditii de laborator.
Activitatile de diseminare au inclus publicarea unei lucrari stiintifice, transmiterea spre evaluare a doua articole in jurnale internationale (Q2 si Q3), precum si participarea la un workshop tehnologic, o conferinta nationala si o conferinta internationala, consolidand vizibilitatea consortiului in domeniul fabricatiei aditive pentru aplicatii spatiale.
Conferinta internationala a constat in prezentarea „COMOTI's Expertise in Metallic Additive Manufacturing for Space Applications”, sustinuta in cadrul evenimentului organizat de Agentia Spatiala Europeana (ESA-ESRIN) – „New Capabilities and Countries in European Space Conference, Panel: Structures and Thermal, Materials and Manufacturing Processes”, desfasurat in perioada 14–15 mai 2025, la Frascati, Italia (Figura 2).
Figura 2. Prezentarea proiectului LAMSPACE si a rezultelor preliminare in cadrul conferintei ESA-ESRIN, Frascati, Italia.
Aceaste activitati de diseminare au contribuit la cresterea vizibilitatii proiectului si la promovarea expertizei COMOTI in domeniul fabricatiei aditive metalice pentru aplicatii spatiale, in cadrul unui eveniment international de inalta relevanta.