Una storia dell'uso e dell'impatto della stampa 3D nelle nuove società spaziali

I vantaggi della stampa 3D sono ben documentati. La tecnologia consente di creare prodotti nel luogo in cui sono necessari. Aiuta ad affrontare i problemi di efficienza, facendo in modo che le supply chain procedano senza intoppi. Ciò può avere un impatto enorme sulla riduzione delle risorse e del tempo necessari per fabbricare i prodotti.

Le aziende missilistiche hanno utilizzato la stampa 3D, formalmente nota come produzione additiva, per la maggior parte dell'ultimo decennio, a partire dallo sviluppo di SpaceX nel 2013 di una parte stampata in 3D del SuperDraco motore a razzo.

Questo articolo segue la storia dell'uso della stampa 3D nelle nuove compagnie spaziali. Verso la fine dell'articolo, esamineremo anche un'altra tecnica di produzione avanzata utilizzata da queste aziende: la pressofusione ad alta pressione.

Definizione di stampa 3D

Cominciamo con un promemoria di cosa comporta la tecnologia di stampa 3D. Non c'è posto migliore per cercare la definizione di stampa 3D che dai maestri della stampa 3D, Autodesk.

Autodesk definisce La stampa 3D come "un processo mediante il quale vengono creati oggetti fisici depositando materiali in strati basati su un modello digitale". La stessa fonte aggiunge che “la tecnologia di stampa 3D può essere utilizzata per creare qualsiasi cosa, da prototipi e parti semplici a prodotti finali altamente tecnici come parti di aeroplani…, edifici ecologici, impianti medici salvavita e persino organi artificiali utilizzando strati di cellule umane .”

Autodesk identifica tre metodi principali impiegati durante la produzione di articoli utilizzando il 3D:

Fabbricazione di filamenti fusi (FFF): Principalmente nella produzione di prodotti di consumo, questo metodo riscalda ed estrude il materiale plastico in strati che formano il prodotto richiesto. Si chiama anche modellazione a deposizione fusa (FDM).

Stereolitografia (SLA): Utilizza la luce UV per indurire o curare i rilievi, uno strato dopo l'altro.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS): fonde materiali in polvere utilizzando i laser, strato dopo strato.

Perché i produttori spaziali si rivolgono alla stampa 3D

Il fornitore di software per la produzione additiva, AMFG, fornisce alcune informazioni sull'impatto della produzione 3D nel campo dei viaggi spaziali. L'azienda Appunti che "i produttori di veicoli spaziali devono affrontare la sfida di accelerare lo sviluppo e la produzione di razzi, riducendo al contempo i costi e aumentando l'efficienza".

AMFG dice che il tradizionale processo di fabbricazione dei razzi comporta diversi cicli di prototipazione e fasi di produzione, rendendo il processo costoso e dispendioso in termini di tempo. La stessa fonte afferma che il processo di produzione 3D può ridurre i tempi di produzione delle parti da un periodo tradizionale di 14 settimane a solo poche settimane, offrendo ai produttori risparmi significativi in termini di tempo e costi.

La produzione 3D garantisce anche la precisione delle parti, un compito impegnativo quando si utilizzano metodi di produzione tradizionali.

La prima parte stampata in 3D nello spazio

Elon Musk ha fondato SpaceX nel 2002. La sua missione era ridurre il costo del viaggio nello spazio in modo che gli umani potessero colonizzare Marte. Secondo a SpaceX, ciò sarebbe ottenuto attraverso l'uso di "veicoli di lancio completamente riutilizzabili che saranno i più potenti mai costruiti, in grado di trasportare esseri umani su Marte e altre destinazioni nel sistema solare".

Il 5 settembre 2013, Musk annunciato tramite un tweet che "SpaceX SuperDraco inconel rocket chamber w regen cooling jacket emerge dalla stampante in metallo EOS 3D".

La fonte di notizie sull'esplorazione dello spazio, l'innovazione e l'astronomia, Space.com rapporti che "SpaceX ha inviato la sua prima parte stampata in 3D nello spazio all'inizio di quest'anno [2014]". La stessa fonte aggiunge che "La parte, una valvola ossidante principale del motore a razzo, è volata a bordo del lancio di SpaceX il 6 gennaio di un razzo Falcon 9 che trasportava in orbita il satellite per telecomunicazioni commerciale Thaicom 6".

La praticità dell'utilizzo della stampa 3D per realizzare parti di razzi è stata convalidata dal fatto che la valvola ha funzionato come richiesto in condizioni gravose, anche a temperature estremamente basse.

SpaceX utilizza anche la tecnologia di stampa 3D per produrre altri accessori come i caschi. Secondo a 3Dnatives.com, "Ogni casco è dotato di visiera, valvole, serrature e microfoni".

Blue Origin: fare investimenti significativi nella stampa 3D 

Blue Origin è il produttore aerospaziale fondato dal fondatore di Amazon, Jeff Bezos. L'azienda è stata lanciata nel 2000 a Kent, Washington. "Siamo impegnati a costruire una strada per lo spazio in modo che i nostri figli possano costruire il futuro", si legge nella dichiarazione dell'azienda dichiarazione di intenti.

Anche origine blu dice che è all'altezza della sua missione sviluppando "veicoli di lancio parzialmente e completamente riutilizzabili che sono sicuri, a basso costo e soddisfano le esigenze di tutti i clienti civili, commerciali e della difesa".

Una parte importante per garantire che i prodotti per viaggi spaziali a basso costo e sicuri di Blue Origin diventino la norma è la tecnologia di stampa 3D. 3DPrintingIndustry.com cita il presidente di Blue Origin, Rob Meyerson, che dice che la sua azienda "ha fatto un investimento significativo nella stampa 3D". Aggiunge: "Siamo tutti d'accordo nell'adottare nuove tecnologie e sfruttare appieno le possibilità".

Anche 3DPrintingIndustry.com rapporti che Meyerson ha illustrato, in una presentazione, i vantaggi in termini di risparmio di tempo e costi introdotti dalla stampa 3D rispetto ai tradizionali metodi di fusione. Nella presentazione, Meyerson mostra una parte che ha richiesto tre mesi per essere realizzata utilizzando la stampa 3D. La stessa parte richiede più di 12 mesi utilizzando metodi di fusione tradizionali.

Il motore stampato in 3D che porta la prima donna sulla superficie lunare

Nel dicembre 2020, 3Dprint.com ha riferito che "Blue Origin ha creato un lander a tre stadi che potrebbe portare la prima donna e il prossimo uomo sulla superficie della Luna entro il 2024".

La parte interessante è che il motore BE-7 che alimenta il sistema di atterraggio lunare è stato prodotto utilizzando la tecnologia 3D. Lo conferma Bezos, che dice, "Il BE-7 è un motore di atterraggio lunare a idrogeno liquido/ossigeno liquido ad alte prestazioni, prodotto in modo additivo, con una spinta di 10.000 lbf - strozzatura profonda fino a 2.000 lbf per un atterraggio preciso sulla Luna."

Ma non è tutto. Bezos ha usato un Video Instagram per annunciare che "Questo è il motore che porterà la prima donna sulla superficie della Luna". Secondo il Washington Post, quella donna era Wally Funk, che perse la possibilità di andare nello spazio nel 1961 perché "La NASA non aveva un programma per le donne astronaute."

Funk potrebbe non essere atterrata sulla superficie della Luna, ma alla fine avrebbe avuto la possibilità di viaggiare nello spazio il 20 luglio 2021. Aveva 82 anni. Funk era uno dei tre passeggeri che viaggiavano con Bezos in quello che era Blue Origin soprannominato il suo "primo volo umano".

Lancio in orbita di un razzo completamente stampato in 3D

Relativity Space è una società spaziale fondata nel 2015. La società ha indicato la sua obiettivo essere “la prima compagnia spaziale a lanciare con successo in orbita un razzo completamente stampato in 3D”.

Ma cosa significa in realtà “razzo completamente stampato in 3D”. Denrie Perez, che scrive per Engineering.com, ha il Rispondere: "Dai motori alla fusoliera, Relativity sta automatizzando quasi l'intero processo di produzione."

Perez aggiunge che la stampa 3D ha consentito a Relativity di modificare rapidamente i suoi progetti. Nota che per battere concorrenti come SpaceX, l'azienda sta vendendo la personalizzazione. "L'uso della stampa 3D consentirebbe all'azienda di modificare ripetutamente le capsule per adattarle a qualsiasi tipo di satellite", scrive.

Forbes.com cita il CEO di Relativity, Tim Ellis, che dice che "con la stampa 3D, siamo in grado di realizzare razzi più velocemente, con una fabbrica più piccola e più snella e meno processi".

L'8 giugno 2021, Alex Knapp di Forbes.com segnalato che Relativity aveva raccolto $650 milioni in un giro di avventura della serie E. Riferisce che "il capitale è orientato ad accelerare lo sviluppo del razzo Terran R dell'azienda, che sarà completamente stampato in 3D e in grado di lanciare carichi utili più grandi del razzo Falcon 9 di Elon Musk".

Altre aziende spaziali che utilizzano la stampa 3D

Con i vantaggi della stampa 3D nel campo spaziale, non sorprende che ogni azienda spaziale seria sembri fare qualcosa per la produzione di parti utilizzando la tecnologia.

Michael Petch, scrivendo per 3DPrintingIndustry.com, riferisce che il Presidente e CEO di Virgin Galactic, George Whitesides, aveva informato durante un'intervista che "l'obiettivo dell'azienda è ridurre il tempo necessario per produrre i nostri motori da molti mesi fino a settimane". Petch ha indicato che il 3D avrebbe svolto un ruolo fondamentale nel raggiungimento di questo obiettivo.

Rocket Lab è una compagnia di viaggi nello spazio descritto dal MIT Technology Review come "La piccola azienda che ha lanciato la rivoluzione spaziale stampata in 3D". Peter Beck ha fondato l'azienda nel 2006.

La revisione della tecnologia del MIT rapporti che "Finora sei dei razzi [Rocket Lab] sono stati lanciati con successo, ciascuno dotato di nove motori Rutherford creati principalmente utilizzando la stampa 3D in metallo, così come una serie di altri elementi a bordo".

C'è spazio per altri metodi?

Anche se le nuove compagnie spaziali stanno avanzando con le tecnologie 3D, sembra che altri metodi utilizzati da secoli abbiano ancora spazio nel settore.

Un esempio di una tecnologia che è stata utilizzata per molti anni ma che è ancora rilevante oggi è stampaggio ad iniezione plastica.

La prova che questi metodi hanno ancora un futuro può essere vista in un recente annuncio di lavoro di SpaceX che indica che la società sta assumendo ingegneri e tecnici esperti nelle tecnologie pertinenti.

L'annuncio stati che questi ingegneri e tecnici "lavoreranno a stretto contatto con i nostri team di ingegneri nelle prime fasi dello sviluppo del processo di pressofusione ad alta pressione e della messa in servizio delle attrezzature e guideranno lo sviluppo di pressofusione di alluminio in azienda”.

Dagli sforzi e dagli investimenti fatti dalle nuove società spaziali, è chiaro che la stampa 3D sarà una parte significativa del futuro. Per organizzazioni come NASA, la stampa 3D può risolvere la sfida di inviare pezzi di ricambio alla Stazione Spaziale Internazionale, rendendo possibile la produzione di alcuni di essi proprio lì sulla ISS utilizzando la stampa 3D.