Dapoi u 20u seculu, a razza umana hè stata affascinata da l'esplorazione di u spaziu è capisce ciò chì si trova oltre a Terra.L'urganisazione maiò cum'è a NASA è l'ESA sò stati in prima linea 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 pocu costu, sta tecnulugia di design hè diventata sempre più populari in l'imprese.Face a creazione di parechje applicazioni pussibuli, cum'è satelliti, vestiti spaziali è cumpunenti di cohete.In fatti, sicondu SmarTech, u valore di u mercatu di a fabricazione additiva di l'industria spaziale privata hè prevista per ghjunghje à 2,1 miliardi d'euros da 2026. Questu suscita a quistione: Cumu a stampa 3D pò aiutà l'omu in u spaziu?
Inizialmente, a stampa 3D hè stata aduprata principalmente per a prototipazione rapida in l'industria medica, automobilistica è aerospaziale.Tuttavia, cum'è a tecnulugia hè diventata più diffusa, hè sempre più utilizata per cumpunenti finali.A tecnulugia di fabricazione additiva di metalli, in particulare L-PBF, hà permessu a produzzione di una varietà di metalli cù caratteristiche è durabilità adattati per e cundizioni spaziali estremi.Altre tecnulugii di stampa 3D, cum'è DED, binder jetting, è prucessu di estrusione, sò ancu usati in a fabricazione di cumpunenti aerospaziali.In l'ultimi anni, sò emergenu novi mudelli di cummerciale, 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 aerospaziale
Avà chì l'avemu introduttu, fighjemu un ochju più vicinu à e diverse tecnulugia di stampa 3D aduprate in l'industria aerospaziale.Prima, deve esse nutatu chì a fabricazione additiva di metalli, in particulare L-PBF, hè u più utilizatu in questu campu.Stu prucessu implica l'usu di l'energia laser per fusione strati di polvere di metallu per strati.Hè soprattuttu adattatu per a produzzione di pezzi chjuchi, cumplessi, precisi è persunalizati.I pruduttori aerospaziali ponu ancu prufittà di DED, chì implica u depositu di filu di metallu o di polvera è hè principalmente utilizatu per riparà, rivestimentu, o pruducia parti di metallu o ceramica persunalizati.
In cuntrastu, u binder jetting, ancu s'ellu hè vantaghju in termini di velocità di pruduzzione è low cost, ùn hè micca adattatu per a produzzione di parti meccaniche d'altu rendiment perchè esige passi di rinfurzà post-processing chì aumentanu u tempu di fabricazione di u pruduttu finali.A tecnulugia di estrusione hè ancu efficace in l'ambiente spaziale.Semu devi esse nutatu chì micca tutti i polimeri sò adattati per l'usu in u spaziu, ma i plastichi d'altu rendiment, cum'è PEEK, ponu rimpiazzà alcune parti metalliche per via di a so forza.Tuttavia, stu prucessu di stampa 3D ùn hè micca assai diffusa, ma pò diventà un asset preziosu per l'esplorazione spaziale utilizendu novi materiali.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) hè una tecnulugia largamente usata in a stampa 3D per l'aerospaziale.
Potenziale di i Materiali Spaziali
L'industria aerospaziale hà esploratu novi materiali attraversu a stampa 3D, prupunendu alternative innovatori chì ponu disturbà u mercatu.Mentre i metalli cum'è u titaniu, l'aluminiu è l'aliati di nichel-cromu sò sempre stati u focu principalu, un novu materiale pò prestu arrubbari u focu: regolite lunare.Le régolite lunaire est une couche de poussière qui recouvre la Lune, et l'ESA a démontré les avantages de la combiner avec l'impression 3D.Advenit Makaya, un ingegnere di fabricazione anzianu di l'ESA, descrive u regolite lunare cum'è simili à u béton, cumpostu principalmente di silicuu è altri elementi chimichi cum'è ferru, magnesiu, aluminiu è ossigenu.L'ESA hà assuciatu cù Lithoz per pruduce picculi parti funzionali cum'è viti è ingranaggi utilizendu regolite lunare simulatu cù proprietà simili à a polvera di luna reale.
A maiò parte di i prucessi implicati in a fabricazione di regolite lunare utilizanu u calore, facendu cumpatibile cù tecnulugia cum'è SLS è soluzioni di stampa di ligame in polvere.L'ESA usa ancu a tecnulugia D-Shape cù u scopu di pruduce parti solidi mischjendu u cloruru di magnesiu cù materiali è cumminendu cù l'ossidu di magnesiu truvatu in u specimenu simulatu.Unu di i vantaghji significativi di stu materiale lunare hè a so risoluzione di stampa più fine, chì li permette di pruduce pezzi cù a più alta precisione.Questa funzione puderia diventà l'attivu primariu in espansione a gamma di applicazioni è cumpunenti di fabricazione per futuri basi lunari.
U Regolith Lunar hè in ogni locu
Ci hè ancu u regolitu marzianu, chì si riferisce à u materiale sottu à a superficia truvata in Marte.Attualmente, l'agenzii spaziali internaziunali ùn ponu micca ricuperà stu materiale, ma questu ùn hà micca impeditu à i scientisti di ricercà u so potenziale in certi prughjetti aerospaziali.I ricercatori utilizanu esemplari simulati di stu materiale è l'anu cumminatu cù una lega di titaniu per pruduce arnesi o cumpunenti di fucile.I risultati iniziali indicanu chì stu materiale furnisce una forza più altu è prutegge l'equipaggiu da a ruggine è i danni di a radiazione.Ancu s'è sti dui materiali anu proprietà simili, u regolite lunare hè sempre u materiale più pruvatu.Un altru vantaghju hè chì questi materiali ponu esse fabbricati in situ senza a necessità di trasportu materie prime da a Terra.Inoltre, u regolith hè una fonte materiale inesgotable, aiutendu 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 pò varià secondu u prucessu specificu utilizatu.Per esempiu, a fusione di lettu di polveri laser (L-PBF) pò esse usata per fabricà parti intricate 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-metallu di Velo3D per rinfurzà u so mutore di cohe liquidu E-2.U prucessu di u fabricatore hè stata utilizata per creà a turbina d'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 sensoru sò stati stampati ognunu cù a tecnulugia di stampa 3D è dopu assemblati.Stu cumpunente innovativu furnisce u cohettu cù un flussu di fluidu più grande è una spinta più grande, facendu una parte essenziale di u mutore
Velo3D hà cuntribuitu à l'usu di a tecnulugia PBF in a fabricazione di u mutore di fucile liquidu E-2.
A fabricazione additiva hà ampie applicazioni, cumprese a produzzione di strutture chjuche è grandi.Per esempiu, tecnulugie di stampa 3D cum'è a suluzione Stargate di Relativity Space pò esse aduprata per fabricà grandi parti, cum'è i tanki di carburante per i fucili è e pale di l'elica.Relatività Spaziu hà pruvucatu questu attraversu a pruduzzione riescita di u Terran 1, un cohettu stampatu quasi interamente in 3D, cumpresu un tank di carburante di parechji metri di longu.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 in l'estrusione permette ancu a produzzione di pezzi cù materiali d'alta prestazione cum'è PEEK.I cumpunenti fatti di stu termoplasticu sò digià stati pruvati in u spaziu è sò stati posti 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 PEEK à e cundizioni lunari estremi.In casu di successu, PEEK pò esse capace di rimpiazzà e parti metalliche in situazioni induve e parti metalliche si rompenu o i materiali sò scarsi.Inoltre, e proprietà ligere di PEEK ponu 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 l'aspettu finale miglioratu di e parti cumparatu cù e tecniche di custruzzione tradiziunali.Johannes Homa, CEO di u fabricatore austriacu di stampanti 3D Lithoz, hà dichjaratu chì "sta tecnulugia rende i pezzi più ligeri".A causa di a libertà di cuncepimentu, i prudutti stampati 3D sò più efficaci è necessitanu menu risorse.Questu hà un impattu pusitivu nantu à l'impattu ambientale di a produzzione di parti.U Spaziu di Relatività hà dimustratu chì a fabricazione additiva pò riduce significativamente u numeru di cumpunenti necessarii per a fabricazione di navi spaziali.Per u cohete Terran 1, 100 parte sò stati salvati.Inoltre, sta tecnulugia hà vantaghji significativi in a velocità di produzzione, cù u cohettu esse cumpletu in menu di 60 ghjorni.In cuntrastu, a fabricazione di un cohete cù i metudi tradiziunali pò piglià parechji anni.
In quantu à a gestione di risorse, a stampa 3D pò salvà materiali è, in certi casi, ancu permette u riciclamentu di i rifiuti.Infine, a fabricazione additiva pò diventà un asset preziosu per riduce u pesu di decollo di cohete.L'obiettivu hè di maximizà l'usu di materiali lucali, cum'è regolith, è minimizzà u trasportu di materiali in a nave spaziale.Questu permette di portà 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 pruvà.
Limitazioni di a stampa 3D in u spaziu
Ancu se a stampa 3D hà assai 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 laboratoriu è pruvà a forza, l'affidabilità è a microstruttura di ogni parte prima di a validazione, un prucessu cunnisciutu cum'è teste non distruttive (NDT).In ogni casu, questu pò esse à tempu tempu è caru, cusì u scopu ultimu hè di riduce a necessità di sti testi.A NASA hà stabilitu recentemente un centru per affruntà stu prublema, focu annantu à a certificazione rapida di cumpunenti metallici fabbricati da a fabricazione additiva.U centru hà u scopu di utilizà i gemelli digitali per migliurà i mudelli di computer di i prudutti, chì aiutanu à l'ingegneri à capisce megliu u rendiment è e limitazioni di e parti, cumpresa a quantità di pressione chì ponu sustene prima di frattura.Fendu cusì, u centru spera di aiutà à prumove l'applicazione di a stampa 3D in l'industria aerospaziale, facendu più efficace in a cumpetizione cù e tecniche tradiziunali di fabricazione.
Questi cumpunenti sò stati sottumessi à una prova cumpleta di affidabilità è forza.
Per d 'altra banda, u prucessu di verificazione hè diversu se a fabricazione hè fatta in u spaziu.Advenit Makaya di l'ESA spiega: "Ci hè una tecnica chì implica l'analisi di e parti durante a stampa".Stu metudu aiuta à determinà quali prudutti stampati sò adattati è chì ùn sò micca.Inoltre, ci hè un sistema di autocorrezione per l'imprese 3D destinate à u spaziu è hè in prova nantu à e macchine metalliche.Stu sistema pò identificà errori putenziali in u prucessu di fabricazione è mudificà automaticamente i so paràmetri per correggerà qualsiasi difetti in a parte.Questi dui sistemi sò previsti per migliurà l'affidabilità di i prudutti stampati in u spaziu.
Per validà e soluzioni di stampa 3D, a NASA è l'ESA anu stabilitu standard.Questi standard includenu una seria di teste per determinà l'affidabilità di e parti.Cunsidereghjanu a tecnulugia di fusione di lettu in polvere è l'aghjurnà per altri prucessi.Tuttavia, parechji attori maiò in l'industria di i materiali, cum'è Arkema, BASF, Dupont è Sabic, furnisce ancu sta tracciabilità.
Vive in u spaziu?
Cù l'avanzamentu di a tecnulugia di stampa 3D, avemu vistu assai prughjetti di successu in a Terra chì utilizanu sta tecnulugia per custruisce case.Questu ci fa dumandassi se stu prucessu puderia esse usatu in un futuru vicinu o distante per custruisce strutture abitabili in u spaziu.Mentre chì a vita in u spaziu hè attualmente irrealisticu, a custruzzione di case, in particulare nantu à a luna, pò esse benefica per l'astronauti in eseguisce missioni spaziali.L'obiettivu di l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) hè di custruisce cupole nantu à a luna cù regolite lunare, chì pò esse usatu per custruisce muri o mattoni per prutege l'astronauti da a radiazione.Sicondu Advenit Makaya da l'ESA, u regolite lunare hè cumpostu di circa 60% di metallu è 40% d'ossigenu è hè un materiale essenziale per a sopravvivenza di l'astronauta perchè pò furnisce una fonte infinita di ossigenu s'ellu hè estratto da stu materiale.
A NASA hà attribuitu una cuncessione di $ 57,2 milioni à ICON per u sviluppu di un sistema di stampa 3D per a custruzzione di strutture nantu à a superficia lunare è hè ancu in cullaburazione cù a cumpagnia per creà un habitat Mars Dune Alpha.L'obiettivu hè di pruvà e cundizioni di vita in Mars per avè vuluntarii chì campanu in un habitat per un annu, simulendu e cundizioni in u Pianeta Rossu.Questi sforzi rapprisentanu passi critichi versu a custruzzione diretta di strutture stampate 3D nantu à a luna è Marte, chì puderanu eventualmente apre a strada per a culunizazione di u spaziu umanu.
In un futuru distante, sti casi puderanu permette a vita di sopravvive in u spaziu.
Tempu di post: 14-ghjugnu-2023