3DP&Me: LIFT decolla con l'aiuto di 3DP

Matt Chasen: la nostra idea è semplice. Vogliamo portare l'esperienza del volo alla portata della gente comune. Al momento, pilotare un aereo è un'esperienza molto costosa e aperta a pochissime persone. Diventare pilota comporta un'enorme quantità di addestramento e il costo dell'utilizzo di un aereo è anch'esso elevato.

Vogliamo dare una svolta togliendo tutta la maestria, sfruttando l'autonomia, usando una propulsione elettrica distribuita sicura e semplice. Possiamo consentire alle persone di godersi l'esperienza del volo senza problemi, pur mantenendosi al sicuro.

Matt: Sono spaventosamente nuove. Ecco perché stiamo adottando un approccio molto misurato e metodico nei loro confronti. Ad esempio, stiamo utilizzando il controllo di volo semi-autonomo, non la piena autonomia. Durante il loop, l'uomo si conferma ancora il miglior sensore. Anche un pilota non addestrato può "sentire ed evitare".

Stiamo sfruttando queste nuove tecnologie, ma in modo sensato. Sì, perché senza di esse non potremmo attuare quello che stiamo realizzando. Molte tecnologie diverse sono maturate e si sono allineate perché proprio questo fosse il momento giusto per questo tipo di attività. La stampa 3D è una di queste; non avremmo potuto fare nulla di tutto ciò senza i vantaggi time-to-market della stampa 3D.

Matt: Esatto. Non ci siamo semplicemente limitati ad avviare un progetto di ricerca e sviluppo decennale. Per prima cosa abbiamo cercato una vera opportunità di business. Quello che abbiamo trovato è stata questa classe normativa negli Stati Uniti chiamata "aereo ultraleggero". La sfida è conformarsi alle limitazioni di peso di questa classe. Ci siamo riusciti ottimizzando il peso dalla stampa 3D e altre tecnologie. Ciò ci ha permesso di immetterci sul mercato senza la certificazione EASA. E non è nemmeno richiesta una licenza di pilota! Per quanto riguarda la nostra missione di rendere democratico il volo, questa soluzione è semplicemente perfetta.

Matt: Sì! Abbiamo utilizzato la stampa 3D per creare praticamente un aereo passando da un foglio di carta bianco a un volo con equipaggio in poco più di un anno. Lo abbiamo fatto stampando in 3D molti dei componenti necessari per i nostri diversi prototipi, che si sono poi evoluti molto rapidamente in uno dei primissimi velivoli eVTOL prodotti al mondo.

E abbiamo intenzione di mantenere quel ritmo. In genere, in aviazione, con aeromobili certificati, si hanno cicli di produzione estremamente lunghi. Questo perché, una volta sviluppato e certificato qualcosa, è così incredibilmente laborioso e costoso modificarlo o fare qualcosa di nuovo. Quindi si continua a fare la stessa cosa. L'aviazione è stata veramente trattenuta nella sua evoluzione a causa di questo.

Altri settori si stanno reinventando e iterando e nella tecnologia si vedono cicli di produzione molto più rapidi! Poiché non è richiesta la certificazione, possiamo puntare a cicli di produzione molto più vicini a ciò a cui assistiamo nel settore tecnologico. Puntiamo a un ciclo di 2-3 anni, anziché a uno di 20-30 anni, come attualmente si tende a vedere nel settore dell'aviazione. E parte di ciò che lo consente è la stampa 3D.

Con la produzione additiva, non è necessario investire in enormi quantità di ordini che richiedono stampi e in tutte quelle cose costose che hanno senso solo se si ha necessità di ottenere decine di migliaia di unità di un particolare. Se serve realizzare solo un migliaio di unità di un particolare, è molto più economico stampare in 3D. E poi è anche più veloce, quindi possiamo iterare più velocemente e la versione successiva può uscire molto prima.

Matt: Esatto. Siamo estremamente concentrati sul peso. Se superiamo il peso, siamo fuori dal mercato. Per questo dobbiamo sfruttare il titanio e altri metalli stampati in 3D. Ora lascio che Balazs, il nostro Ingegnere Capo, parli un po' più nei dettagli di ciò che abbiamo reso possibile qui. È ricorso ad approcci come la progettazione generativa per creare strutture superleggere che non sono realizzabili senza la tecnologia di stampa 3D.

Balazs Kerulo: Prima di LIFT, ero solito progettare velivoli convenzionali, ad ala fissa, al di sotto dei limiti di peso specifico, il che era molto impegnativo. All'epoca, non avevamo a disposizione la stampa 3D, pertanto ho sempre incolpato le tecnologie di produzione di averci vincolati troppo come progettisti e di non avermi permesso di fare ciò che avrei voluto.

Ciò ha fatto sì che fossi in qualche modo predisposto a favore di qualsiasi nuova tecnologia in grado di eliminare alcuni di quei vincoli. Pertanto, la prima cosa che ho fatto quando è arrivata la stampa 3D è stata quella di procurarmi una stampante 3D da casa con cui giocare insieme a mio figlio, che all'epoca aveva circa quattro anni. Ora ha ne ha dieci ed è già in grado di stampare le sue cose in 3D.

Quando ci siamo riuniti tutti con Matt per parlare di questo folle piano di arrivare a realizzare un aereo pronto per il volo in poco più di un anno, la prima cosa a cui ho iniziato a pensare è stata come poter applicare nuove tecnologie abilitanti, nuove tecnologie di produzione per far evolvere i progetti molto rapidamente. Per questo abbiamo ben presto coinvolto il team Materialise. Contemporaneamente, ho iniziato a cercare software in grado di eseguire progettazione generativa, per trovare molte opzioni di progettazione entro determinati limiti che avremmo poi perfezionato ulteriormente. La progettazione generativa si abbina molto bene alla stampa 3D, perché, come la 3DP, non si preoccupa dei vecchi vincoli dei processi produttivi tradizionali.

Balazs: Abbiamo ottenuto un gruppo propulsore distribuito. Ciò significa che abbiamo 18 motori e 18 batterie, il che è ottimo per la sicurezza, ma significa anche che tutto, qualsiasi componente che abbia a che fare con il gruppo propulsore, deve essere moltiplicato per 18. Ogni grammo viene moltiplicato per 18. Quindi dobbiamo essere molto efficienti per quanto riguarda la progettazione di quei componenti, in particolare.

Il pilone è probabilmente il più importante di tutti. Collega il motore all'aereo. Tutte le forze lo attraversano. È stata una sfida progettarlo in modo che resistesse a tutte le forze, alla coppia, alle forze dinamiche, ecc. È stato uno dei primi componenti su cui abbiamo iniziato a lavorare e per il quale abbiamo utilizzato la progettazione generativa. Abbiamo scelto il titanio per quel componente e quindi, per svilupparlo, abbiamo utilizzato un processo di progettazione generativa e definito dal materiale.

La progettazione generativa è stata veramente utile in quel momento, perché dovevamo solo considerare i vincoli: le forze, la coppia e le caratteristiche di fatica a cui puntavamo. Il computer ha trovato subito un'ottima soluzione che ci è piaciuta e ha funzionato. Quella struttura, poi, avrebbe potuto veramente essere realizzata solo sfruttando la stampa 3D.

Dato che la tecnologia di produzione è così nuova, utilizziamo fattori di sicurezza molto elevati. Il fattore di sicurezza che abbiamo applicato a questo componente è circa 10. Il componente è molto leggero e potrebbe essere ulteriormente snellito, ma per ora vogliamo mantenere questo elevato fattore di sicurezza. Al momento stiamo effettuando prove di fatica su quel componente e, se i risultati saranno buoni, potremmo scendere. Comunque, i componenti sono già così leggeri che forse dovremmo semplicemente lasciarli così come sono, sapendo che potremmo ridurli ulteriormente se mai lo volessimo.

Balazs: Abbiamo ideato il componente e l'abbiamo inviato al team Materialise. Loro ci hanno risposto dicendo "va bene, è stampabile", ma hanno anche dato suggerimenti del tipo "usate una forma a diamante qui per renderlo più veloce, più ecologico ed economico da stampare", ecc. Ed è così che da allora stiamo collaborando con il team. Inviamo i nostri componenti e il feedback che riceviamo è molto costruttivo e ci ha veramente aiutato a perfezionare i progetti.

Balazs: Il mio consiglio potrebbe essere quello di non temere. Anche utilizzando fattori di sicurezza più elevati, si scopre che i componenti sono più leggeri ed efficienti di qualsiasi cosa si possa realizzare in modo convenzionale.

Charles Justiz: Dieci è piuttosto alto. Ma ne abbiamo bisogno perché siamo molto leggeri, quindi se volessimo tenere un fattore di sicurezza inferiore, dovremmo rinforzare la struttura in altri punti per ridurre le vibrazioni e la suscettibilità alla flessione del corpo e così, improvvisamente avremmo un veicolo più pesante. Qui stiamo tenendo sotto controllo il rischio, il costo e il peso.

Charles: La facilità di costruzione è qualcosa che le persone citano sempre come un vantaggio fondamentale della stampa 3D, ma in realtà il vantaggio è la facilità di ricostruzione! Se hai un prototipo di velivolo e dici "Oops, così non va bene. La distribuzione del carico non è quella che mi aspettavo; la torsione non è quella che mi aspettavo; ho incontrato turbolenze e il veicolo ha tremato in questo modo e questo non è accettabile", devi rifarlo! A questo punto puoi aspettare sei mesi perché devi creare un nuovo stampo per fare la colata del componente oppure puoi dire: "Ecco le nuove specifiche, il CAD/CAM sembra buono, si adatta alle esigenze, per favore stampatelo per me". E, nel 99,9% dei casi, ricevi un componente che soddisfa esattamente le tue specifiche. Questo è un enorme vantaggio nella prototipazione rapida.

Charles: Quello che si guarda è il rischio. E qualsiasi cosa comporti un rischio Quello che dobbiamo fare è quantificare il rischio e chiederci quale livello di rischio sia accettabile. Quindi, lavoriamo su questo e identifichiamo dove un rischio è inaccettabile, rafforziamo il fattore di sicurezza in un punto particolare.

Sono un pilota collaudatore e alla NASA ho pilotato veicoli di ricerca. Un velivolo unico nel suo genere, totalmente riprogettato. Quello che farei è immaginare diversi scenari da far attraversare all'aereo e dire: "Avete considerato che ciò potrebbe accadere?" E in LIFT stiamo facendo esattamente lo stesso. Abbiamo accennato a una filosofia di progettazione generativa, ma c'è anche una filosofia di progettazione generativa per le prove di volo?

Charles: Sì, ma non lo si fa tutto in una volta. Lo si fa con molta attenzione, molto lentamente. Faremo volare il veicolo in volo statico, senza occupanti. Quindi sposteremo il veicolo a una certa velocità. È tutto scritto. E abbiamo dei requisiti che dobbiamo soddisfare prima di passare alla fase successiva. Ripercorreremo i dati ed esamineremo cosa abbiamo fatto al veicolo in quella prova.

Il motivo per cui lo facciamo e il motivo per cui abbiamo questo fattore di sicurezza è perché queste nuove strutture, materiali e componenti hanno un comportamento diverso rispetto alla fatica, rispondono in modo differente alle vibrazioni e si usurano in modo diverso. Le parti metalliche convenzionali cederanno lentamente e creeranno prima delle crepe, quindi in qualche modo avvertiranno. Altri materiali non lo fanno, semplicemente cedono. E vogliamo assicurarci di non andarci vicini.

Charles: Siamo molto veloci ed accurati. Il che è molto difficile!

Matt: E tutto questo ritorna alla nostra filosofia generale, che è tutta incentrata sulla sicurezza. All'inizio, ho sfidato Balazs a soddisfare, prima di tutto, i requisiti della categoria degli ultraleggeri, ma partendo da lì abbiamo ottimizzato il nostro progetto interamente per la sicurezza. Ad esempio, non avevamo alcun obbligo di volare a qualsiasi velocità.

Non stiamo cercando di ottenere posti rapidamente. Stiamo ottimizzando l'esperienza del volo in bilico procedendo abbastanza veloci da poter fare determinate cose. Altri nel settore eVTOL cercano di fare bene due cose ed è molto difficile. Volare con le ali, ma anche decollare e atterrare in verticale. Se si aggiungono le ali, esse sono solo un peso morto in volo statico e riducono i fattori di sicurezza.

Il nostro approccio era davvero quello di rendere l'aereo il più sicuro possibile e non eravamo preoccupati di prestazioni o costi.

Matt: Ciò che stiamo facendo è folle. Ciò premesso, abbiamo una grande responsabilità. Saremo i primi a lanciare un servizio in cui le persone possono pilotare velivoli ultraleggeri elettrici con decollo e atterraggio in verticale. Prendiamo molto seriamente questa responsabilità.

La sicurezza passa attraverso le scelte progettuali, le tecnologie di produzione e tutto il resto. La nostra missione sin dall'inizio è stata l'accesso, quindi preoccuparsi prima di tutto della sicurezza ha perfettamente senso. Ogni piccolo rischio che si aggiunge deve essere associato all'abilità, il che quindi esclude le persone. Ed è esattamente ciò che stiamo cercando di evitare.

Balazs: Non lanceremo qualcosa fino a quando non saremo sicuri di poter offrire un'esperienza sicura e affascinante, ma prima di tutto sicura, alle persone. Solo allora il volo sarà veramente democratico.

Matt, Balazs, Charles, grazie per il vostro tempo!