La manifattura additiva, conosciuta anche come stampa 3D, ha avuto un impatto significativo sul modo in cui si conducono gli affari. Scarseggiano le industrie che non sono state influenzate dall’adozione di questa tecnologia, inclusa l’industria spaziale. Aziende come SpaceX, Rocket Lab, Aerojet Rocketdyne e Relativity Space si sono tutte rivolte alla stampa 3D per la produzione di motori, componenti e interi razzi. NASA ha 3D stampato una camera di spinta in alluminio per un motore a razzo e un ugello di razzo in alluminio, mentre l’ESA ha ideato un prototipo di pavimento in acciaio stampato in 3D per un futuro Habitat lunare.
Analogamente, l’ESA e la NASA stanno sperimentando la stampa 3D nello spazio, nota come manifattura in orbita (ISM). Recentemente, l’ESA ha raggiunto un importante traguardo quando la loro Stampante 3D in Metallo a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ha prodotto la prima parte metallica mai creata nello spazio. Questa tecnologia è destinata a rivoluzionare le operazioni in Orbita Bassa Terrestre (LEO), garantendo che i pezzi di ricambio possano essere prodotti in situ piuttosto che attendere missioni di rifornimento. Questo processo ridurrà i costi operativi e consentirà missioni di lunga durata verso la Luna, Marte e oltre!
La Stampante 3D in Metallo è un dimostratore tecnologico realizzato da un team industriale guidato da Airbus Defence and Space (SAS) in partnership con la Direzione dell’Esplorazione Umana e Robotica dell’ESA. È stata lanciata verso l’ISS a fine gennaio ed è stata installata nel Ripiano Europeo a bordo del Modulo di Laboratorio Columbus dell’ESA dal l’astronauta europeo Andreas Mogensen. La stampante è diventata operativa entro il mese di giugno successivo e la prima forma metallica stampata in 3D è stata prodotta entro agosto. Con il primo componente metallico costruito, l’ESA prevede di crearne altri tre come parte dell’esperimento.
Questi quattro campioni saranno poi inviati sulla Terra per analisi e test di qualità. Due saranno inviati al Centro di Ricerca e Tecnologia Spaziale Europeo (ESTEC) nei Paesi Bassi, un terzo all’Università Tecnica di Danimarca (DTU), e il quarto all’Centro Astronauti Europeo (EAC) di Colonia, dove sarà integrato nel LUNA facility—un ambiente analogico lunare progettato per l’addestramento degli astronauti. La disponibilità dell’ISM ridurrà significativamente le sfide di rifornimento delle navette spaziali durante i loro viaggi verso la Luna, Marte e altre località nello spazio profondo.
Per le missioni di lunga durata sulla superficie lunare, la capacità di stampare pezzi di macchinari e spedire direttamente da LEO ridurrà il numero di lanci necessari per sostenere le operazioni lì. Per quanto riguarda Marte, la possibilità di produrre parti di ricambio, riparare attrezzature e costruire strumenti specifici su richiesta garantirà un certo grado di autonomia per gli equipaggi delle missioni e ridurrà la loro dipendenza dalle missioni di rifornimento inviate dalla Terra. Questo è particolarmente importante, considerando le finestre di lancio limitate verso Marte (ogni 26 mesi) e il tempo necessario per effettuare un transito di andata (da 6 a 9 mesi).
NASA sta anche perseguendo un progetto ISM a bordo dell’ISS con l’assistenza dei suoi partner commerciali attraverso il Marshall Space Flight Center (MSFC), con ulteriore supporto fornito dal gruppo di modellazione basato sulla fisica del Centro di Ricerca Ames della NASA. Questi sforzi sono iniziati nel 2014, quando NASA ha lanciato la prima stampante 3D (prodotta da Made In Space, Inc) verso l’ISS. Questo dimostratore tecnologico ha utilizzato il processo di produzione per fusione di filamenti (FFF) per creare oggetti in plastica e ha dimostrato che la stampa 3D può funzionare in un ambiente di microgravità.
A questo sono seguiti la creazione dell’Impianto di Manifattura Additiva (AMF), che può stampare utilizzando una varietà di materiali. Questi dispositivi hanno permesso di realizzare i primi strumenti stampati in 3D nello spazio, incluso una chiave inglese in plastica e una chiave a cricchetto, e altro ancora. Nel 2019, NASA ha aggiunto l’esperimento ReFabricator all’ISS, sviluppato da Tethers Unlimited per creare parti stampate in 3D utilizzando materiali plastici riciclati. Tuttavia, il dimostratore tecnologico dell’ESA è il primo a stampare con successo un componente metallico in condizioni di microgravità.
Impressione artistica di astronauti di Artemis che conducono operazioni scientifiche sulla Luna. Credito: NASA
Gli esperimenti non si fermeranno qui. Nel 2021, NASA ha inviato un’altra stampante 3D all’ISS, la Redwire Regolith Print (RRP), progettata per creare materiali da costruzione da regolite lunare. Stanno anche indagando su come le ruote dei rover lunari possano essere stampate in 3D sulla superficie lunare e come le rocce e i minerali marziani possano essere utilizzati per produrre tutto ciò di cui le future missioni avranno bisogno in situ. In collaborazione con l’Università del Texas a El Paso (UTEP) e la Youngstown State University (YSU), NASA sta anche considerando come le batterie potrebbero essere stampate in 3D utilizzando risorse lunari o marziane.
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono quasi illimitate e sono parte integrante di tutti i piani per l’espansione umana oltre l’Orbita Bassa Terrestre (LEO).
Ulteriori letture: ESA