I vantaggi della stampa 3D sono ampiamente documentati. Questa tecnologia consente di creare prodotti nel luogo in cui sono necessari. Aiuta a risolvere i problemi di efficienza, semplificando lo svolgimento delle supply chain. Questo può avere un impatto significativo sulla riduzione delle risorse e dei tempi necessari per la produzione.
Le aziende produttrici di razzi hanno utilizzato la stampa 3D, formalmente nota come produzione additiva, per la maggior parte dell'ultimo decennio, a partire dallo sviluppo da parte di SpaceX nel 2013 di una parte stampata in 3D del SuperDraco motore a razzo.
Questo articolo ripercorre la storia dell'utilizzo della stampa 3D nelle nuove aziende 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
Iniziamo con un promemoria su cosa comporta la tecnologia di stampa 3D. Non c'è posto migliore per cercare la definizione di stampa 3D che nei maestri della stampa 3D, Autodesk.
Autodesk definisce La stampa 3D è "un processo mediante il quale oggetti fisici vengono creati depositando materiali a strati sulla base di un modello digitale". La stessa fonte aggiunge che "la tecnologia di stampa 3D può essere utilizzata per creare di tutto, dai prototipi e componenti semplici ai prodotti finali altamente tecnici come parti di aerei..., edifici ecocompatibili, impianti medici salvavita e persino organi artificiali utilizzando strati di cellule umane".
Autodesk identifica tre metodi principali impiegato nella produzione di articoli utilizzando il 3D:
Fabbricazione di filamenti fusi (FFF): Utilizzato principalmente nella produzione di beni di consumo, questo metodo riscalda ed estrude il materiale plastico in strati che formano il prodotto richiesto. È anche chiamato modellazione a deposizione fusa (FDM).
Stereolitografia (SLA): Utilizza la luce UV per indurire o polimerizzare i rilievi, uno strato dopo l'altro.
Sinterizzazione laser selettiva (SLS): Fonde materiali in polvere tramite laser, strato per strato.
Perché i produttori spaziali si stanno rivolgendo alla stampa 3D
Il fornitore di software per la produzione additiva, AMFG, fornisce alcuni spunti sull'impatto della produzione 3D nel campo dei viaggi spaziali. L'azienda note che “i produttori di veicoli spaziali si trovano ad 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 produzione di razzi prevede 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 dei componenti dalle tradizionali 14 settimane a poche settimane, offrendo ai produttori un notevole risparmio di tempo e costi.
La produzione 3D garantisce inoltre la precisione dei componenti, un compito impegnativo quando si utilizzano metodi di produzione tradizionali.
Il primo pezzo stampato in 3D nello spazio
Elon Musk ha fondato SpaceX nel 2002. La sua missione era quella di ridurre i costi dei viaggi nello spazio, in modo che gli esseri umani potessero colonizzare Marte. Secondo Per SpaceX, questo obiettivo sarebbe raggiunto 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 ha annunciato tramite un tweet che "La camera del razzo in inconel SpaceX SuperDraco con camicia di raffreddamento rigenerativa emerge dalla stampante 3D in metallo EOS".
La fonte di notizie sull'esplorazione spaziale, l'innovazione e l'astronomia, Space.com rapporti che "SpaceX ha inviato nello spazio il suo primo componente stampato in 3D all'inizio di quest'anno [2014]". La stessa fonte aggiunge che "Il componente, una valvola ossidante principale del motore di un razzo, è volato a bordo del lancio del 6 gennaio da parte di SpaceX di un razzo Falcon 9 che trasportava in orbita il satellite commerciale per telecomunicazioni Thaicom 6".
La praticità dell'uso della stampa 3D per realizzare componenti di razzi è stata convalidata dal fatto che la valvola ha funzionato come richiesto in condizioni difficili, anche a temperature estremamente basse.
SpaceX utilizza la tecnologia di stampa 3D anche per produrre altri accessori, come i caschi. Secondo su 3Dnatives.com, "Ogni casco è dotato di visiera, valvole, serrature e microfoni".
Blue Origin: investimenti significativi nella stampa 3D
Blue Origin è l'azienda aerospaziale fondata dal fondatore di Amazon, Jeff Bezos. L'azienda è stata lanciata nel 2000 a Kent, Washington. "Ci impegniamo a costruire una strada verso lo spazio affinché i nostri figli possano costruire il futuro", si legge nel sito web dell'azienda. dichiarazione d'intenti.
Blue Origin anche dice che sta rispettando la sua dichiarazione di intenti sviluppando "veicoli di lancio parzialmente e totalmente riutilizzabili, sicuri, economici e che soddisfano le esigenze di tutti i clienti civili, commerciali e della difesa".
Un elemento importante per garantire che i prodotti per i viaggi spaziali di Blue Origin, economici e sicuri, 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 impegnati ad adottare nuove tecnologie e a sfruttarne appieno le possibilità".
3DPrintingIndustry.com anche rapporti Meyerson ha illustrato, in una presentazione, i vantaggi in termini di risparmio di tempo e costi introdotti dalla stampa 3D rispetto ai metodi di fusione tradizionali. Nella presentazione, Meyerson mostra un componente la cui realizzazione ha richiesto tre mesi di stampa 3D. Lo stesso componente richiede oltre 12 mesi con i metodi di fusione tradizionali.
Il motore stampato in 3D che ha portato 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 entusiasmante è che il motore BE-7 che alimenta il sistema di atterraggio lunare è stato prodotto utilizzando la tecnologia 3D. Ciò è confermato da Bezos, che dice, "Il BE-7 è un motore di atterraggio lunare ad alte prestazioni, prodotto mediante produzione additiva, a idrogeno liquido/ossigeno liquido, con una spinta di 10,000 lbf, con possibilità di riduzione fino a 2,000 lbf per un atterraggio preciso sulla Luna."
Ma non è tutto. Bezos ha utilizzato un Instagram il video 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 sua possibilità di andare nello spazio nel 1961 perché “La NASA non aveva alcun programma per astronaute donne.”
Funk potrebbe non essere atterrata sulla superficie della Luna, ma 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 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 scopo essere "la prima azienda spaziale a lanciare con successo in orbita un razzo interamente stampato in 3D".
Ma cosa significa realmente "razzo completamente stampato in 3D"? Denrie Perez, che scrive per Engineering.com, ha la rispondere: “Dai motori alla fusoliera, Relativity sta automatizzando quasi l'intero processo di produzione.”
Perez aggiunge che la stampa 3D ha permesso a Relativity di modificare rapidamente i suoi progetti. Osserva che per battere concorrenti come SpaceX, l'azienda sta vendendo soluzioni personalizzate. "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 costruire razzi più velocemente, con una fabbrica più piccola e snella e con meno processi".
L'8 giugno 2021, Alex Knapp di Forbes.com segnalati che Relativity ha raccolto 650 milioni di dollari in un round di venture capital di serie E. Riferisce che "il capitale è destinato ad accelerare lo sviluppo del razzo Terran R dell'azienda, che sarà completamente stampato in 3D e in grado di lanciare carichi utili maggiori del razzo Falcon 9 di Elon Musk".
Altre aziende spaziali che utilizzano la stampa 3D
Considerati i vantaggi della stampa 3D nel settore spaziale, non sorprende che ogni seria azienda spaziale sembri fare qualcosa per produrre componenti utilizzando questa tecnologia.
Michael Petch, scrivendo per 3DPrintingIndustry.com, riferisce che il presidente e CEO di Virgin Galactic, George Whitesides, aveva informati Durante un'intervista, Petch ha dichiarato che "l'obiettivo dell'azienda è ridurre il tempo necessario per produrre i nostri motori da molti mesi a settimane". Petch ha indicato che la tecnologia 3D avrebbe svolto un ruolo fondamentale nel raggiungimento di questo obiettivo.
Rocket Lab è un'azienda di viaggi spaziali descritta dal MIT Technology Review come "La piccola azienda che ha lanciato la rivoluzione spaziale della stampa 3D". Peter Beck ha fondato l'azienda nel 2006.
La revisione tecnologica del MIT rapporti che "Sei dei razzi [Rocket Lab] sono stati lanciati con successo finora, ognuno dei quali è dotato di nove motori Rutherford creati principalmente utilizzando la stampa 3D in metallo, così come numerosi altri elementi a bordo".
C'è spazio per altri metodi?
Anche se le nuove aziende spaziali stanno avanzando con le tecnologie 3D, sembra che altri metodi utilizzati da tempo trovino ancora spazio nel settore.
Un esempio di una tecnologia che è stata utilizzata per molti anni ma è ancora rilevante oggi è stampaggio ad iniezione di plastica.
La prova che questi metodi hanno ancora un futuro è data da un recente annuncio di lavoro di SpaceX, che indica che l'azienda 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 ingegneria nelle prime fasi di sviluppo del processo di pressofusione ad alta pressione e di messa in servizio delle attrezzature e guideranno lo sviluppo di pressofusione di alluminio presso l'azienda."
Dagli sforzi e dagli investimenti fatti dalle nuove aziende spaziali, è chiaro che la stampa 3D sarà una parte significativa del futuro. Per organizzazioni come NASALa stampa 3D può risolvere la sfida di inviare pezzi di ricambio alla Stazione Spaziale Internazionale, consentendo di produrne alcuni direttamente sulla ISS utilizzando la stampa 3D.
