Dapoi u XXu seculu, a razza umana hè stata affascinata da l'esplorazione di u spaziu è da a capiscitura di ciò chì si trova oltre a Terra. Organizzazioni maiò cum'è a NASA è l'ESA sò state à l'avanguardia di l'esplorazione spaziale, è un altru attore impurtante in questa cunquista hè a stampa 3D. Cù a capacità di pruduce rapidamente pezzi cumplessi à bassu costu, sta tecnulugia di cuncepimentu diventa sempre più pupulare in l'imprese. Rende pussibule a creazione di parechje applicazioni, cum'è satelliti, tute spaziali è cumpunenti di razzi. In fatti, secondu SmarTech, u valore di mercatu di a fabricazione additiva di l'industria spaziale privata duveria ghjunghje à 2,1 miliardi d'euri da u 2026. Questu face nasce a quistione: cumu pò a stampa 3D aiutà l'omu à eccellere in u spaziu?
Inizialmente, a stampa 3D era aduprata principalmente per a prototipazione rapida in l'industrie mediche, automobilistiche è aerospaziali. Tuttavia, cù a diffusione di a tecnulugia, hè aduprata sempre di più per i cumpunenti finali. A tecnulugia di fabricazione additiva di metalli, in particulare L-PBF, hà permessu a pruduzzione di una varietà di metalli cù caratteristiche è durabilità adatte à e cundizioni spaziali estreme. Altre tecnulugie di stampa 3D, cum'è DED, getto di legante è prucessu di estrusione, sò ancu aduprate in a fabricazione di cumpunenti aerospaziali. In l'ultimi anni, sò emersi novi mudelli cummerciali, cù cumpagnie cum'è Made in Space è Relativity Space chì utilizanu a tecnulugia di stampa 3D per cuncepisce cumpunenti aerospaziali.
Relativity Space sviluppa una stampante 3D per l'industria aerospaziale
Tecnulugia di stampa 3D in l'aerospaziale
Avà chì l'avemu presentate, guardemu più da vicinu e diverse tecnulugie di stampa 3D aduprate in l'industria aerospaziale. Prima, ci vole à nutà chì a fabricazione additiva metallica, in particulare L-PBF, hè a più aduprata in questu duminiu. Stu prucessu implica l'usu di l'energia laser per fusionà a polvere metallica stratu per stratu. Hè particularmente adattatu per a pruduzzione di pezzi chjuchi, cumplessi, precisi è persunalizati. I pruduttori aerospaziali ponu ancu prufittà di DED, chì implica u depositu di filu o polvere metallica è hè principalmente adupratu per riparà, rivestisce o pruduce pezzi metallici o ceramichi persunalizati.
À u cuntrariu, a spruzzatura à gettu di legante, ancu s'ella hè vantaghjosa in termini di velocità di pruduzzione è di bassu costu, ùn hè micca adatta per a pruduzzione di pezzi meccanichi d'altu rendimentu perchè richiede tappe di rinforzu dopu a trasfurmazione chì aumentanu u tempu di fabricazione di u pruduttu finale. A tecnulugia di estrusione hè ancu efficace in l'ambiente spaziale. Ci vole à nutà chì micca tutti i polimeri sò adatti per l'usu in u spaziu, ma i plastichi d'altu rendimentu cum'è u PEEK ponu rimpiazzà alcune parti metalliche per via di a so resistenza. Tuttavia, stu prucessu di stampa 3D ùn hè ancu assai diffusu, ma pò diventà una risorsa preziosa per l'esplorazione spaziale aduprendu novi materiali.
A fusione laser à lettu di polvere (L-PBF) hè una tecnulugia largamente aduprata in a stampa 3D per l'aerospaziale.
Potenziale di i Materiali Spaziali
L'industria aerospaziale hà esploratu novi materiali per mezu di a stampa 3D, pruponendu alternative innovative chì puderanu disturbà u mercatu. Mentre i metalli cum'è u titaniu, l'aluminiu è e leghe di nichel-cromu sò sempre stati l'ughjettivu principale, un novu materiale puderia prestu arrubà i riflettori: a regolite lunare. A regolite lunare hè un stratu di polvere chì ricopre a luna, è l'ESA hà dimustratu i benefici di a so cumbinazione cù a stampa 3D. Advenit Makaya, un ingegnere senior di fabricazione di l'ESA, descrive a regolite lunare cum'è simile à u béton, cumposta principalmente di siliciu è altri elementi chimichi cum'è u ferru, u magnesiu, l'aluminiu è l'ossigenu. L'ESA hà collaboratu cù Lithoz per pruduce piccule parti funziunali cum'è viti è ingranaggi utilizendu una regolite lunare simulata cù proprietà simili à a vera polvere lunare.
A maiò parte di i prucessi implicati in a fabricazione di a regolite lunare utilizanu u calore, rendendulu cumpatibile cù tecnulugie cum'è SLS è e soluzioni di stampa à polvere. L'ESA usa ancu a tecnulugia D-Shape cù l'ubbiettivu di pruduce pezzi solidi mischjendu u cloruru di magnesiu cù i materiali è cumbinendulu cù l'ossidu di magnesiu truvatu in u campione simulatu. Unu di i vantaghji significativi di stu materiale lunare hè a so risoluzione di stampa più fine, chì permette di pruduce pezzi cù a più alta precisione. Sta caratteristica puderia diventà u principale asset per allargà a gamma di applicazioni è di fabricazione di cumpunenti per e future basi lunari.
A regolite lunare hè dappertuttu
Ci hè ancu a regolite marziana, chì si riferisce à u materiale sottuterraniu truvatu nantu à Marte. Attualmente, l'agenzie spaziali internaziunali ùn ponu micca recuperà stu materiale, ma questu ùn hà micca impeditu à i scientifichi di fà ricerche nantu à u so putenziale in certi prughjetti aerospaziali. I circadori utilizanu campioni simulati di stu materiale è u combinanu cù una lega di titaniu per pruduce strumenti o cumpunenti di razzi. I risultati iniziali indicanu chì stu materiale furnisce una resistenza più elevata è prutege l'equipaggiamenti da a ruggine è i danni da radiazioni. Ancu s'è sti dui materiali anu proprietà simili, a regolite lunare hè sempre u materiale u più testatu. Un altru vantaghju hè chì sti materiali ponu esse fabbricati in situ senza a necessità di trasportà materie prime da a Terra. Inoltre, a regolite hè una fonte di materiale inesauribile, chì aiuta à prevene a scarsità.
L'applicazioni di a tecnulugia di stampa 3D in l'industria aerospaziale
L'applicazioni di a tecnulugia di stampa 3D in l'industria aerospaziale ponu varià secondu u prucessu specificu utilizatu. Per esempiu, a fusione laser à lettu di polvere (L-PBF) pò esse aduprata per fabricà pezzi cumplessi à cortu termine, cum'è sistemi di strumenti o pezzi di ricambio spaziali. Launcher, una startup basata in California, hà utilizatu a tecnulugia di stampa 3D in zaffiro-metallo di Velo3D per migliurà u so mutore à razzo liquidu E-2. U prucessu di u fabricatore hè statu utilizatu per creà a turbina à induzione, chì ghjoca un rolu cruciale in l'accelerazione è a guida di LOX (ossigenu liquidu) in a camera di combustione. A turbina è u sensore sò stati stampati ognunu cù a tecnulugia di stampa 3D è dopu assemblati. Stu cumpunente innovativu furnisce à u razzo un flussu di fluidu più grande è una spinta più grande, rendendulu una parte essenziale di u mutore.
Velo3D hà cuntribuitu à l'usu di a tecnulugia PBF in a fabricazione di u mutore à razzi liquidi E-2.
A fabricazione additiva hà applicazioni larghe, cumprese a pruduzzione di strutture chjuche è grande. Per esempiu, e tecnulugie di stampa 3D cum'è a suluzione Stargate di Relativity Space ponu esse aduprate per fabricà pezzi grandi cum'è serbatoi di carburante per razzi è pale di l'elica. Relativity Space hà dimustratu questu per mezu di a pruduzzione riescita di u Terran 1, un razzu quasi interamente stampatu in 3D, cumpresu un serbatoiu di carburante longu parechji metri. U so primu lanciu u 23 di marzu di u 2023 hà dimustratu l'efficienza è l'affidabilità di i prucessi di fabricazione additiva.
A tecnulugia di stampa 3D basata nantu à l'estrusione permette ancu a pruduzzione di pezzi cù materiali d'altu rendimentu cum'è u PEEK. I cumpunenti fatti di questu termoplasticu sò digià stati testati in u spaziu è sò stati piazzati nantu à u rover Rashid cum'è parte di a missione lunare di l'UAE. U scopu di sta prova era di valutà a resistenza di u PEEK à e cundizioni lunari estreme. S'ellu hà successu, u PEEK puderia esse capace di rimpiazzà e parti metalliche in situazioni induve e parti metalliche si rompenu o i materiali sò scarsi. Inoltre, e proprietà di leggerezza di u PEEK puderanu esse di valore in l'esplorazione spaziale.
A tecnulugia di stampa 3D pò esse aduprata per fabricà una varietà di pezzi per l'industria aerospaziale.
Vantaghji di a stampa 3D in l'industria aerospaziale
I vantaghji di a stampa 3D in l'industria aerospaziale includenu un aspettu finale miglioratu di e parti paragunatu à e tecniche di custruzzione tradiziunali. Johannes Homa, CEO di u fabricatore austriacu di stampanti 3D Lithoz, hà dichjaratu chì "sta tecnulugia rende e parti più leggere". Grazie à a libertà di cuncepimentu, i prudutti stampati in 3D sò più efficienti è necessitanu menu risorse. Questu hà un impattu pusitivu nantu à l'impattu ambientale di a pruduzzione di parti. Relativity Space hà dimustratu chì a fabricazione additiva pò riduce significativamente u numeru di cumpunenti richiesti per fabricà navi spaziali. Per u razzu Terran 1, 100 parti sò state risparmiate. Inoltre, sta tecnulugia hà vantaghji significativi in a velocità di pruduzzione, cù u razzu cumpletatu in menu di 60 ghjorni. In cuntrastu, a fabricazione di un razzu cù metudi tradiziunali puderia piglià parechji anni.
In quantu à a gestione di e risorse, a stampa 3D pò risparmià materiali è, in certi casi, ancu permette u riciclaggio di i rifiuti. Infine, a fabricazione additiva pò diventà un attivu preziosu per riduce u pesu di decollo di i razzi. L'obiettivu hè di massimizà l'usu di materiali lucali, cum'è a regolite, è minimizà u trasportu di materiali in i veiculi spaziali. Questu rende pussibule di purtà solu una stampante 3D, chì pò creà tuttu in situ dopu u viaghju.
Made in Space hà digià mandatu una di e so stampanti 3D in u spaziu per esse testata.
Limitazioni di a stampa 3D in u spaziu
Ancu s'è a stampa 3D hà parechji vantaghji, a tecnulugia hè sempre relativamente nova è hà limitazioni. Advenit Makaya hà dichjaratu: "Unu di i prublemi principali cù a fabricazione additiva in l'industria aerospaziale hè u cuntrollu di u prucessu è a validazione". I pruduttori ponu entre in u laburatoriu è testà a forza, l'affidabilità è a microstruttura di ogni parte prima di a validazione, un prucessu cunnisciutu cum'è test non distruttivi (NDT). Tuttavia, questu pò esse à tempu longu è caru, dunque l'obiettivu finale hè di riduce a necessità di sti testi. A NASA hà recentemente stabilitu un centru per affruntà stu prublema, cuncentratu nantu à a certificazione rapida di cumpunenti metallichi fabbricati da a fabricazione additiva. U centru hà per scopu di utilizà gemelli digitali per migliurà i mudelli informatichi di i prudutti, ciò chì aiuterà l'ingegneri à capisce megliu e prestazioni è i limiti di e parti, cumprese quanta pressione ponu suppurtà prima di a frattura. Cusì, u centru spera di aiutà à prumove l'applicazione di a stampa 3D in l'industria aerospaziale, rendendula più efficace in a cumpetizione cù e tecniche di fabricazione tradiziunali.
Questi cumpunenti sò stati sottumessi à testi cumpleti di affidabilità è resistenza.
Da l’altra parte, u prucessu di verificazione hè differente s’è a fabricazione hè fatta in u spaziu. Advenit Makaya di l’ESA spiega: «Ci hè una tecnica chì implica l’analisi di e parte durante a stampa». Stu metudu aiuta à determinà quali prudutti stampati sò adatti è quali ùn sò micca. Inoltre, ci hè un sistema d’autocurrezzione per e stampanti 3D destinate à u spaziu è hè in prova nantu à macchine metalliche. Stu sistema pò identificà errori putenziali in u prucessu di fabricazione è mudificà automaticamente i so parametri per curregge qualsiasi difettu in a parte. Si prevede chì sti dui sistemi migliuranu l’affidabilità di i prudutti stampati in u spaziu.
Per validà e suluzioni di stampa 3D, a NASA è l'ESA anu stabilitu norme. Queste norme includenu una seria di testi per determinà l'affidabilità di e parte. Consideranu a tecnulugia di fusione à lettu di polvere è l'aghjurnanu per altri prucessi. Tuttavia, parechji attori maiò in l'industria di i materiali, cum'è Arkema, BASF, Dupont è Sabic, furniscenu ancu sta tracciabilità.
Vive in u spaziu ?
Cù l'avanzamentu di a tecnulugia di stampa 3D, avemu vistu parechji prughjetti riesciuti nantu à a Terra chì utilizanu sta tecnulugia per custruisce case. Questu ci face dumandà se stu prucessu puderia esse adupratu in un futuru vicinu o luntanu per custruisce strutture abitabili in u spaziu. Mentre campà in u spaziu hè attualmente irreale, custruisce case, in particulare nantu à a luna, pò esse benefica per l'astronauti in l'esecuzione di missioni spaziali. L'ubbiettivu di l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) hè di custruisce cupole nantu à a luna aduprendu a regolite lunare, chì pò esse aduprata per custruisce muri o mattoni per prutege l'astronauti da a radiazione. Sicondu Advenit Makaya di l'ESA, a regolite lunare hè cumposta da circa 60% di metallu è 40% d'ossigenu è hè un materiale essenziale per a sopravvivenza di l'astronauti perchè pò furnisce una fonte infinita d'ossigenu se estratta da stu materiale.
A NASA hà attribuitu una sovvenzione di 57,2 milioni di dollari à ICON per u sviluppu di un sistema di stampa 3D per custruisce strutture nantu à a superficia lunare è collabora ancu cù a cumpagnia per creà un habitat Mars Dune Alpha. L'obiettivu hè di testà e cundizioni di vita nantu à Marte facendu chì i vuluntarii campinu in un habitat per un annu, simulendu e cundizioni di u Pianeta Rossu. Quessi sforzi rapprisentanu passi critichi versu a custruzione diretta di strutture stampate in 3D nantu à a luna è Marte, chì puderanu eventualmente apre a strada à a culunizazione spaziale umana.
In un futuru luntanu, ste case puderanu permette à a vita di sopravvive in u spaziu.
Data di publicazione: 14 di ghjugnu 2023
