02.05.2025
Stampa 3D e idrogeno: il serbatoio criogenico del progetto OVERLEAF

Nell’ambito del progetto europeo OVERLEAF, il Centro Tecnológico AIMEN ha realizzato un serbatoio criogenico stampato in 3D del diametro di 1,5 metri, pensato per immagazzinare idrogeno liquido a temperature estremamente basse, destinato alle future applicazioni aeronautiche

.La struttura interna in termoplastico è stata prodotta con tecnologia di additive manufacturing di grande formato, mentre il guscio esterno in fibra di carbonio garantisce la resistenza meccanica necessaria per il volo: il processo di stampa ha richiesto oltre 100 ore di operatività continua in una cella robotizzata sviluppata da AIMEN, con monitoraggio termico in tempo reale per assicurare l’adesione ottimale degli strati; in parallelo, la collaborazione con il centro francese CANOE ha portato allo sviluppo di un nuovo materiale a base di termoplastico biobased rinforzato con fibre naturali, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale dei componenti aeronautici.

La transizione verso un’aviazione a zero emissioni richiede soluzioni in grado di immagazzinare grandi quantità di energia con pesi e volumi ridotti: l’idrogeno liquido, pur avendo un elevato contenuto energetico per unità di massa, necessita di serbatoi capaci di mantenere temperature intorno ai –253 °C; fino a oggi, i sistemi convenzionali si basano su materiali e tecniche di produzione costose e poco scalabili, con pesi che incidono significativamente sull’efficienza complessiva dell’aeromobile.

Il progetto OVERLEAF (OVErcoming cryogenic LayEred lightweight composiTes for Aircraft Fuel tanks) è stato concepito per superare questi limiti, puntando su materiali compositi avanzati e tecnologie additive di grande formato. Lanciato nel maggio 2022 sotto l’egida del programma Horizon Europe, OVERLEAF è coordinato da Aciturri, azienda aerospaziale spagnola con una consolidata esperienza nella realizzazione di strutture leggere; l’obiettivo principale è lo sviluppo di un serbatoio da 95 kg di capacità, testato fino al livello di maturità tecnologica TRL5 entro il 2025, che possa garantire performance e sicurezza nei rigidi ambienti criogenici.

Il consorzio coinvolge partner di eccellenza in diversi ambiti: dalla ricerca materiali (CANOE) alla validazione sperimentale (Università di Girona), fino allo sviluppo di soluzioni di isolamento termico e monitoraggio avanzato

Nel centro di O Porriño, in Galizia, AIMEN ha impiegato una cella robotizzata dotata di estrusori per termoplastico di grande diametro e sistemi di riscaldamento a infrarossi per ottimizzare l’adesione layer-by-layer: la piattaforma LFAM (Large Format Additive Manufacturing) utilizza bracci robotici a sei assi sincronizzati con un piano rotante, consentendo di costruire componenti di ampie dimensioni con precisione e velocità elevate; grazie all’uso di telecamere termiche, il team di AIMEN ha monitorato in continuo la temperatura superficiale, garantendo omogeneità e prevenendo difetti strutturali, fondamentali per la tenuta del serbatoio.

Il cuore interno del serbatoio, realizzato in un termoplastico biobased, è stato sviluppato in collaborazione con CANOE per resistere a temperature criogeniche senza perdere duttilità: il rinforzo con fibre naturali riduce l’impronta di carbonio del componente, rispondendo agli obiettivi di sostenibilità del progetto; all’esterno, la struttura in fibra di carbonio assicura rigidità e protezione meccanica, consentendo al serbatoio di sopportare le sollecitazioni di pressione e vibrazioni tipiche del volo.

Accanto ad AIMEN e CANOE, l’Università di Girona ha sviluppato una camera di prova a –253 °C per validare il comportamento a fatica e la permeabilità all’idrogeno dei materiali stampati; ICIS ha messo a punto un processo di trattamento per schiume aperte isolanti, aumentando l’efficienza termica del serbatoio e riducendo le perdite di evaporazione fino al 40%. Il coordinamento di Aciturri ha garantito l’integrazione delle diverse tecnologie e l’allineamento con i requisiti di sicurezza aerospaziale.