Produzione in Orbita Avanzata con la Stampa 3D Metallica

Metal 3D printing techniques have come a long way over the last 5 years. Advancements in material sciences, delivery methods, and automation have made 3D printing more prevalent in the economy. Now, 3D printing is prepared to venture outside the atmosphere. Here’s what you need to know.

La stampa 3D è un grande business

L’industria della stampa 3D continua a espandere le sue operazioni. I ricercatori di BGC hanno previsto che il settore supererà i 95 miliardi di dollari di valore entro il 2032. Questo valore aggiunto rappresenta una crescita enorme rispetto al 2022, quando il mercato era valutato a 18 miliardi di dollari. Ora, il mercato è destinato a raggiungere nuove vette mentre i principali team di esplorazione spaziale del mondo cercano soluzioni per i loro problemi di viaggio.

Stampa 3D metallica

Oggi sono in uso molti tipi di stampa 3D. In particolare, la stampa 3D metallica ha subito alcuni degli aggiornamenti più importanti negli ultimi anni. Le stampanti 3D metalliche creano oggetti aggiungendo strati successivi di metallo riscaldato secondo un modello predeterminato, prima di lasciarlo raffreddare nella forma desiderata. Questo metodo di stampa può produrre componenti complessi a basso peso che possono essere utilizzati in aeromobili e componenti medicali.

Fonte – ESA

Stampa nello spazio

I futuri team di esplorazione spaziale hanno bisogno di utilizzare dispositivi come questo per compensare la mancanza di risorse. Per questo, è stato dedicato uno sforzo concertato allo studio della stampa 3D in condizioni atmosferiche al di fuori della Terra. Di conseguenza, i ricercatori dell’ESA hanno voluto studiare gli effetti di diverse forze gravitazionali su materiali e processi.
La stampa di oggetti nello spazio ha il potenziale di catapultare gli sforzi dell’umanità verso nuove destinazioni. Questi dispositivi aiutano a ridurre i rifiuti, migliorare la flessibilità e diminuire il peso. Naturalmente, la stampa nello spazio presenta problemi da superare prima di poter raggiungere il suo vero potenziale. In particolare, la mancanza di pressione e di forze gravitazionali rende difficile la stratificazione del materiale.

Prima stampa 3D metallica sulla Stazione Spaziale

Questo mese segna una pietra miliare importante per il settore della stampa 3D nello spazio, poiché l’ESA (European Space Agency) ha annunciato la stampa riuscita di molteplici componenti metallici 3D in microgravità per la Stazione Spaziale Internazionale. Questa notizia rappresenta una delle prime volte che l’industria della stampa 3D è entrata nell’arena spaziale. Attualmente, l’UE guida il mercato con le sue ricerche più recenti che offrono il potenziale per rivoluzionare il settore.

Il dimostratore della tecnologia della stampante 3D metallica

Il team di ricerca innovativo dell’ESA ha creato una stampante 3D metallica su misura, progettata per gestire scenari di microgravità per questo test. Il dispositivo da 180 kg utilizza un filo di acciaio inossidabile per creare prodotti metallici rigidi e utensili, in minuscoli strati applicati sequenzialmente. Successivamente, è stato integrato un potente laser per riscaldare il filo. Questo laser è sufficientemente potente da trasformare il metallo in liquido, che gocciola in una piscina di fusione che alimenta l’applicatore di stampa.

Caratteristiche di sicurezza

Alcune caratteristiche chiave di sicurezza integrate in questa stampante sono uniche per i viaggi spaziali. Ad esempio, il dispositivo è completamente racchiuso in una scatola progettata per assorbire e impedire al calore di fuoriuscire nella cabina. Questa protezione previene anche la diffusione di fumi all’interno dell’astronave, il che potrebbe essere potenzialmente letale per gli esploratori dello spazio profondo.

Monitoraggio virtuale

Un’altra interessante caratteristica della stampante 3D aggiornata è l’automazione completa e il controllo da parte del controllo a terra. L’equipaggio può rilassarsi mentre il team a terra gestisce tutti i requisiti tecnici. L’unico passo che gli astronauti devono compiere è aprire il gas azoto, garantendo una corretta ventilazione nell’astronave.
Uno dei motivi principali per cui questo metodo di controllo è fondamentale è che consente viaggi spaziali lunghi, anche se un determinato ricercatore non può continuare. Il team a terra può fornire la logistica e il supporto materiale adeguati ai membri dell’equipaggio rimasti, quando necessario.

Test

Quattro pezzi sono stati progettati e inviati alla stampante della stazione spaziale dalla Terra come parte del processo di test. Il processo di stampa 3D su larga scala è stato avviato, controllato, monitorato e revisionato con successo dal team di controllo a terra. Le unità stampate sono ora in viaggio per ulteriori test.
In particolare, due delle quattro unità saranno inviate al European Astronaut Centre e al Technical University of Denmark, DTU. Le ultime due stampe saranno testate presso il prestigioso Laboratorio di Materiali e Componenti Elettrici di ESTEC nei Paesi Bassi. Qui saranno confrontate con le versioni stampate a terra per esaminare eventuali differenze in qualità, durata, coerenza o altri fattori che potrebbero compromettere le future missioni.

Installazione della stampante 3D

Un altro aspetto interessante della stampante 3D metallica avanzata è la sua modularità. La stampante è stata concepita per inserirsi direttamente nel European Draw Rack Mark II all’interno del modulo Columbus. Questo approccio rende queste unità pronte per l’uso da parte di tutte le agenzie spaziali compatibili. In particolare, è stato l’astronauta dell’ESA Andreas Mogensen a occuparsi dell’installazione.

Stazione Spaziale Internazionale

Lanciata nel novembre 2000, la ISS (International Space Station) funge da faro della cooperazione internazionale. Questa massiccia navicella da 460 tonnellate dispone di 6 alloggi, una palestra completa e misura circa 100 yards di lunghezza. In particolare, questo laboratorio scientifico orbita attorno alla Terra 16 volte al giorno a una velocità sorprendente di 28,800km/h. Questa velocità consente ai passeggeri di assistere a 16 albe ogni 24 ore a bordo dell’astronave. Ancora meglio, possono godere di questi momenti mozzafiato dalla grande finestra panoramica a 360 gradi della stazione spaziale.

Attività di ricerca scientifica

Oggi, la ISS è una componente vitale della ricerca e del test di nuove tecnologie nello spazio. Il laboratorio fluttuante offre una posizione unica per testare oggetti in microgravità prolungata. Sono stati condotti migliaia di esperimenti e test sin dal lancio della stazione e rimane uno dei pochi luoghi dove è possibile vivere un’esperienza di microgravità realmente prolungata.

Controllo della qualità in bassa gravità

La ragione principale per cui questi test sono fondamentali per le future esplorazioni è che i ricercatori hanno dati limitati su come la stampa 3D di metalli funzioni nello spazio. In scenari di gravità normale, i dispositivi possono stratificare facilmente i loro materiali compositi. Questo processo diventa più difficile quando si tratta di microgravità, turbolenza e altre condizioni.
Un aspetto chiave che i ricercatori vogliono testare è quanto possano essere durevoli i dispositivi stampati rispetto alle loro controparti a terra. Sono desiderosi di capire se le condizioni di microgravità possano influire negativamente sul materiale metallico, soprattutto durante il processo di stratificazione. Pertanto, c’è molta attesa intorno alla revisione finale di questi oggetti stampati.

Vantaggi delle stampanti 3D metalliche nello spazio

La scoperta che esistono già stampanti 3D metalliche operative nello spazio è sorprendente. I vantaggi di questi dispositivi sono così grandi che per anni agenzie spaziali e aziende di stampa 3D hanno collaborato per cercare di svelare le numerose complessità della creazione di oggetti in gravità ridotta.
In particolare, uno dei principali vantaggi della stampa 3D è che gli oggetti di cui hai bisogno possono essere creati sul posto. Per i viaggiatori spaziali, questa sarà la loro migliore opzione. A differenza delle serie TV di esplorazione spaziale, le probabilità che un membro dell’equipaggio si teletrasporti su un pianeta per rifornirsi sono estremamente basse. Nella maggior parte dei casi, gli astronauti dovranno essere in grado di creare ciò di cui hanno bisogno con le risorse a bordo. Ecco altri benefici da conoscere.

Minore peso/costo

Il costo per portare un solo chilo nello spazio è di migliaia di dollari. Perciò non c’è molto budget per dispositivi di riparazione a bassa tecnologia come chiavi inglesi, cacciaviti e altri strumenti necessari ma non sempre indispensabili. La stampa 3D offre un’alternativa valida, più veloce e meno costosa rispetto all’invio di un razzo con forniture in orbita.

Nuovo design di utensili

Un altro vantaggio straordinario di questa stampante 3D metallica è la capacità di creare nuovi tipi di strumenti e utensili man mano che vengono inventati. È probabile che i futuri viaggiatori spaziali richiedano strumenti su misura per gestire ambienti rari e inimmaginabili. Le stampanti 3D metalliche consentirebbero a questi equipaggi di essere flessibili e di adattarsi quando necessario per soddisfare i requisiti della missione.

Ridurre i rifiuti

Ironia della sorte, lo smaltimento dei rifiuti è uno dei componenti più vitali delle future operazioni di viaggio spaziale. A differenza della Terra, dove si può gettare la spazzatura sul ciglio della strada sperando che si dissolva lentamente nell’ambiente, i detriti spaziali possono causare seri problemi per i futuri viaggiatori.

Il più piccolo frammento di detriti spaziali viaggia abbastanza veloce da danneggiare satelliti, navicelle e altri oggetti sensibili, compresi gli astronauti. Purtroppo, l’orbita terrestre bassa è già inondata di detriti spaziali. La stampa 3D potrebbe aiutare a ridurre i rifiuti, contribuendo così a prevenire i detriti spaziali.

Le stampanti 3D metalliche avanzate potrebbero essere usate per fondere oggetti già prodotti e riutilizzare il loro materiale per creare altri dispositivi. Immagina un astronauta che utilizza una chiave inglese per poi fondere l’oggetto e stamparlo in un altro strumento prezioso necessario per completare il compito. Questa visione elimina sprechi inutili e apre la strada a viaggi spaziali più sicuri in futuro.

Ricercatori

I ricercatori dell’ESA, tra cui Rob Postema, Sébastien Girault e altri ingegneri di grande rispetto, hanno condotto questi test per scoprire le aree chiave di miglioramento della stampa 3D metallica nello spazio. In particolare, il progetto è stato possibile grazie al finanziamento di Airbus. Airbus è una delle aziende automatiche più performanti al mondo e il principale concorrente nell’UE.

Il futuro della stampa 3D metallica

Il futuro della stampa 3D metallica appare promettente. Questi recenti progressi, uniti a una maggiore integrazione dell’IA, continuano a ridurre le barriere tecniche e finanziarie di questa tecnologia. In particolare, alcuni ricercatori immaginano un futuro in cui abitazioni, strumenti, ricambi e persino organi umani saranno stampati.

Aziende pionieristiche nella stampa 3D

L’industria della stampa 3D è più di semplici produttori di stampanti. Molte aziende si specializzano in prodotti avanzati di stampa 3D. Ci sono fornitori di materiali a bobina, designer, sviluppatori di software e molto altro. Tutti questi componenti collaborano per favorire l’integrazione della stampa 3D. Ecco alcune aziende che potrebbero beneficiare delle ultime ricerche sulla stampa 3D nello spazio.

1. Desktop Metal

Desktop Metal è uno dei principali fornitori di hardware per la stampa 3D al mondo. L’azienda è stata fondata nel 2015 con l’obiettivo di riunire i componenti dell’industria della stampa 3D dell’epoca. In particolare, la società ha ottenuto 438 milioni di dollari di finanziamento da investitori di primo piano, tra cui Google Ventures, BMW e Ford Motor Company (F ).

Questo produttore con sede nel Massachusetts progetta stampanti 3D sia in metallo che in fibra di carbonio per clienti industriali. Attualmente, ha clienti tra le principali aziende automobilistiche e aerospaziali. Di conseguenza, l’azienda ha ricevuto notevoli riconoscimenti, tra cui l’inclusione nella lista delle 50 aziende più intelligenti di MIT Technology Review e il supporto del World Economic Forum.

L’azione DM è considerata un buon acquisto grazie al posizionamento dell’azienda sul mercato e all’espansione del settore della stampa 3D metallica. Questi fattori, uniti al forte sostegno del progetto, rendono Desktop Metal un’aggiunta intelligente con potenziale.

2. Eastman Chemical Company

EMN Grafico dei prezzi

Eastman Chemical Company (EMN ) fornisce prodotti chimici e altri materiali necessari per la stampa 3D. Questa azienda ha una reputazione per fornire servizi e prodotti di qualità ai clienti industriali sin dalla sua fondazione nel 1920 da parte di George Eastman. Oggi, rimane una forza pionieristica nel mercato.
In particolare, Eastman Chemical Company ha ricevuto numerosi riconoscimenti per i suoi risultati passati. Ad esempio, nel 2013 il American Chemistry Council (ACC) le ha conferito il prestigioso premio “Responsible Care Company of the Year”. Questi fattori rendono Eastman Chemical Company un’aggiunta intelligente a qualsiasi portafoglio equilibrato.

Stampa 3D metallica avanzata – Una tecnologia pronta per il dispiegamento

Ci sono molte ragioni per cui la stampa 3D metallica è l’opzione ideale per i viaggiatori spaziali e per chi si trova in luoghi difficili da raggiungere. La capacità di creare e produrre design quasi illimitati rende questi strumenti una risorsa preziosa per qualsiasi operazione. In futuro, il prezzo delle stampanti 3D continuerà a diminuire, grazie a ulteriori miglioramenti nei materiali e nei processi. Perciò è consigliabile rimanere aggiornati sull’industria della stampa 3D per cogliere più opportunità in futuro.

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