8 motivi per cui utilizzare la stampa 3D nell’esplorazione spaziale

L’umanità ha sempre sognato di conquistare lo spazio e ogni progresso tecnologico ci porta un po’ più vicino a questo obiettivo. Tra queste innovazioni, negli ultimi anni la produzione additiva è emersa come una risorsa importante per l’industria spaziale. Ma, contrariamente a quanto si potrebbe pensare, il suo utilizzo in questo campo non è nuovo.

Nel 2014, una stampante 3D è stata inviata per la prima volta nello spazio, segnando una svolta nell’uso di questa tecnologia in ambienti estremi. Da allora, le sue applicazioni hanno continuato a evolversi. Ben oltre le piccole riparazioni e i semplici esperimenti in assenza di gravità, la stampa 3D viene ora integrata nella progettazione dei razzi e apre nuove possibilità, tra cui la produzione in loco. Perché utilizzare la stampa 3D nell’industria spaziale? Ecco 8 motivi!

Neutron è un lanciatore spaziale, progettato per essere parzialmente riutilizzato, sviluppato da Rocket Lab. (Foto: Rocket Lab)

Andare nello spazio

#1: Ottimizzazione dei componenti dei razzi

Quando si tratta di esplorazione spaziale, ogni grammo conta. Più leggero è il razzo o il satellite, più economico ed efficiente è il lancio. Razzi più leggeri significano meno carburante e più spazio per trasportare attrezzature più utili. Per raggiungere questo obiettivo, la stampa 3D offre una soluzione interessante: consente di progettare parti personalizzate, ottimizzate per essere sia resistenti che leggere. Grazie al Design for Additive Manufacturing (DfAM), all’ottimizzazione topologica e a tecniche avanzate di design, è possibile creare forme complesse che sarebbero impossibili da realizzare con i metodi tradizionali, pur mantenendo un’eccellente resistenza. Un esempio concreto è rappresentato dai condotti di raffreddamento dei motori a razzo. Questi piccoli condotti vengono utilizzati per evacuare l’intenso calore intorno alla camera di combustione. Con la stampa 3D possiamo integrarli direttamente nei pezzi, cosa molto difficile, se non impossibile, con la lavorazione tradizionale o lo stampaggio a iniezione, che spesso sono troppo costosi e limitanti.

#2: Utilizzo di nuovi materiali per migliori prestazioni

Nell’industria spaziale, i materiali devono resistere a condizioni estreme: alte temperature, radiazioni, variazioni di pressione, shock termici, ecc. La stampa 3D consente oggi di utilizzare un’ampia varietà di materiali avanzati, appositamente adattati a questi vincoli. Tra questi, leghe metalliche come il titanio, l’alluminio e l’Inconel, rinomate per la loro leggerezza e resistenza termica. I materiali compositi offrono un eccellente compromesso tra resistenza, flessibilità e peso ridotto. Ma questi materiali rivelano tutto il loro potenziale solo se combinati con processi di stampa adeguati. Tecnologie come DED, LPBF, DMLS ed estrusione possono essere utilizzate per trasformarli in pezzi complessi, precisi e ottimizzati. Questi metodi influenzano direttamente la microstruttura dei materiali stampati, rendendo possibile la creazione di pezzi su misura con proprietà meccaniche specifiche. La stampa 3D permette anche di lavorare con le ceramiche tecniche. La zirconia, ad esempio, offre un’eccellente resistenza al calore, all’usura e agli ambienti corrosivi. Questo materiale diventa addirittura conduttivo a temperature molto elevate. Anche altre ceramiche offrono proprietà interessanti per i componenti sottoposti a condizioni estreme nell’industria spaziale.

#3: Assemblaggio semplificato e costi ridotti

Utilizzando la stampa 3D, i produttori possono produrre componenti importanti, come quelli del motore, in modo più economico. A differenza dei metodi tradizionali, la stampa 3D semplifica notevolmente il processo di produzione. Inoltre, facilita la prototipazione e le iterazioni necessarie per progettare il prodotto finale. Un altro grande vantaggio è la riduzione del numero di componenti necessari per la produzione di un veicolo spaziale. Grazie alla stampa 3D, a volte è possibile evitare di assemblare migliaia di parti. Ad esempio, SAB Aerospace ha recentemente stampato in 3D un ugello di razzo in un unico pezzo che tradizionalmente richiede migliaia di parti per essere assemblato. Relavity Space, invece, ha semplificato notevolmente la costruzione del suo razzo Terran riducendo il numero di componenti di 1.000 unità.

L’ugello del razzo stampato in 3D da SAB Aerospace (Foto: SAB Aerospace)

Migliorare la vita quotidiana degli astronauti

#4: Produrre pezzi di ricambio in microgravità

La stampa 3D consente di produrre oggetti direttamente nello spazio. Questo progresso riduce notevolmente la dipendenza dalle spedizioni dalla Terra, che spesso sono lunghe e costose. Invece di aspettare diverse settimane, o addirittura mesi, per l’arrivo di un pezzo di ricambio, i membri dell’equipaggio possono ora progettare e produrre ciò di cui hanno bisogno a bordo. Questa autonomia tecnica è preziosa, soprattutto in caso di imprevisti: se un attrezzo si rompe o si esaurisce, basta stamparne uno nuovo sul posto. Questo aumenta notevolmente la sicurezza e l’efficienza delle missioni, limitando le interruzioni. Sono in corso diversi esperimenti per esplorare il potenziale della stampa 3D nello spazio. Nel 2024 è stata raggiunta un’importante pietra miliare con la fabbricazione, direttamente a bordo della ISS, della prima parte in metallo. Questo tipo di test dimostra che la tecnologia funziona in condizioni spaziali, anche se è ancora in fase di sperimentazione.

#5: Stampa 3D di cibo

Il cibo è una vera sfida nelle missioni spaziali, soprattutto quando durano diversi mesi o addirittura anni. Gli astronauti devono portare con sé grandi scorte di cibo, che occupano molto spazio e peso. La stampa 3D del cibo permette di preparare i pasti direttamente a bordo, utilizzando ingredienti di base in pasta o in polvere. In questo modo è possibile creare pasti personalizzati per ogni membro dell’equipaggio, tenendo conto delle sue specifiche esigenze nutrizionali. Questa tecnologia riduce inoltre gli sprechi e ottimizza l’uso delle risorse. I test hanno già permesso di creare carne con la stampa 3D, a gravità zero, come sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Allo stesso tempo, gli scienziati continuano a studiare se questa tecnologia possa davvero diventare una soluzione affidabile per l’alimentazione degli astronauti in missioni di lunga durata.

#6: Stampa di attrezzature mediche e bioprinting

Nelle missioni spaziali di lunga durata non è sempre possibile portare con sé tutte le attrezzature mediche necessarie. Grazie alla stampa 3D, gli astronauti possono realizzare in loco oggetti utili per il trattamento di lesioni o di determinati problemi di salute. Ad esempio, possono stampare stecche o persino strumenti chirurgici adatti a ogni situazione. In questo modo possono reagire rapidamente in caso di necessità, senza dover aspettare una consegna dalla Terra. La biostampa, che prevede la stampa di tessuti viventi, sta facendo progressi anche nello spazio. La Redwire Corporation è riuscita a stampare in 3D un menisco in microgravità, dimostrando che questa tecnologia potrebbe un giorno aiutare a riparare i tessuti direttamente nello spazio.

#7: Stampa di tute spaziali

La produzione di tute spaziali sulla Terra è una risorsa importante per le missioni future. Una volta arrivati sulla Luna o su Marte, non basta essere lì: bisogna anche essere in grado di operare in sicurezza. Nel 2023, Axiom Space ha presentato il prototipo di una nuova tuta progettata per gli astronauti del programma Artemis. Questo modello è stato sviluppato utilizzando software CAD, stampa 3D e tecniche di cucitura tradizionali. Questo tipo di approccio consentirebbe di adattare le tute alle condizioni locali, di ripararle rapidamente se necessario e di soddisfare meglio i requisiti specifici di ogni missione.

La tuta spaziale per gli astronauti del programma Artemis (Foto: Axiom Space)

Pianificare la vita nello spazio

#8: Costruire strutture spaziali e habitat futuri

Per vivere in modo sostenibile sulla Luna o su Marte, non sarà sufficiente costruire semplici rifugi. Grazie alla stampa 3D, ora possiamo creare un’ampia varietà di edifici sul posto, come case, impianti solari per generare energia e altre infrastrutture necessarie. Un vantaggio fondamentale di questa tecnologia è che permette di utilizzare materiali locali, come la regolite. Ciò significa che è possibile costruire strutture valide in loco. Inoltre, la stampa 3D può essere utilizzata per progettare strutture su misura per affrontare le sfide specifiche dello spazio, come le radiazioni, le temperature estreme e la bassa gravità.

Crediti fotografici: ESA

Cosa ne pensate dell’adozione della stampa 3D nell’esplorazione spaziale?  Se ti interessa l’argomento, non perderti la nostra pagina esclusiva dedicata a stampa 3D nel settore aerospaziale e della difesa. Lascia un commento nostri canali Facebook, LinkedIn e YouTube. Segui tutte le novità dal mondo della stampa 3D nella nostra Newsletter settimanale!  

*Crediti per la foto di copertina: Pixabay