Le applicazioni della stampa 3D nello spazio

Il desiderio di esplorare il più lontano possibile è parte della storia dell’umanità. Ora che abbiamo raggiunto i confini della Terra, lo spazio è la prossima meta dove l’uomo vuole portare le sue innovazioni e scoprirne di nuove. Non c’è da stupirsi, quindi, che la stampa 3D sia utilizzata anche come mezzo di ricerca per garantire la sopravvivenza dell’umanità anche fuori dal nostro pianeta, nello spazio. Gli studi nel campo portati avanti da NASA e ESA (e non solo) si moltiplicano. Alcune delle applicazioni sono già state testate e utilizzate, altre sono in fase di sperimentazione, ma prendono vita da idee incredibili che sembrano quasi fantascientifiche, eppure sono ormai sempre più concrete. Nella nostra lista abbiamo inserito alcune delle applicazioni più innovative della stampa 3D nello spazio.

La stampa 3D testata nello spazio

Uno dei modi principali in cui la stampa 3D è presente nello spazio è attraverso i test: gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) cercano di scoprire se la produzione additiva è una tecnologia praticabile da utilizzare anche in microgravità. Per esempio, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha collaborato con l’azienda austiaca Incus per testare la sua tecnologia di produzione dei metalli basato sulla litografia. Lo scopo è capire se con questa tecnologia sia possibile creare parti in metallo sulla Luna usando scarti o materiali di superficie esistenti. Ci sono anche esperimenti attualmente in corso sulla ISS per determinare se il 3D bioprinting possa essere utilizzato in futuro per “sostenere il trattamento medico delle spedizioni spaziali di lunga durata e degli insediamenti planetari” – come sostiene l’ESA. Questi esperimenti sono condotti presso la struttura BioFabrication e recentemente un team della Wake Forest ha vinto una sfida della NASA con la sua tecnologia per creare tessuto epatico umano coltivato in laboratorio utilizzando la produzione additiva. Ci sono esperimenti in corso anche presso la Redwire’s Additive Manufacturing Facility.

Crediti foto: Incus

La produzione additiva per costruire nello spazio

Probabilmente avrai sentito parlare delle case stampate in 3D sulla Terra, ma sapevi che la NASA e altre organizzazioni stanno studiando per costruire edifici e habitat sulla Luna e altri pianeti? La colonizzazione dello spazio è un obiettivo da raggiungere per molte aziend e agenzie di ricerca e la stampa 3D è vista come una possibile soluzione. Ci sono diversi progetti già in corso, a partire dal Progetto Olympus di ICON, che mira a testare e sviluppare prototipi per un possibile futuro sistema di costruzione additiva su larga scala sulla Luna. Redwire ha avuto un’idea simile: ha inviato forniture alla Stazione Spaziale Internazionale per determinare se sia possibile stampare in 3D frammenti di roccia lunare, pietra sciolta e suolo per creare habitat personalizzati nello spazio. Oltre a questi progetti, ce ne sono molti altri, come il progetto Marsha di AI SpaceFactory, che ha vinto il Centennial 3D Printed Habitat Challenge della NASA, e i progetti di Luyten ed ESA.

Crediti foto: ICON

Satelliti stampati in 3D

La stampa 3D è sempre più utilizzata nello spazio per i satelliti. Un certo numero di aziende, come Boeing e Airbus, stanno attualmente lavorando su progetti che hanno utilizzato l’Additive Manufacturing per creare parti sempre più complesse e leggere per i loro satelliti. Per esempio, Airbus ha usato la produzione additiva per i componenti di radiofrequenza (RF) di due satelliti: Eurostar Neo e MIT. Airbus ha stampato in 3D dei propulsori per nanosatelliti alimentati da ioni l’anno scorso. Recentemente, Fleet Space in Australia ha persino annunciato che lancerà satelliti stampati in 3D per la costellazione Centauri.

Crediti foto: Fleet Space

Molte aziende hanno l’obiettivo di sviluppare più rapidamente motori a razzo, e il modo più semplice per farlo è cambiare i processi di produzione. Questo è il motivo per cui le aziende spaziali si stanno rivolgendo alla stampa 3D. Sempre più spesso, gli ingegneri stanno usando la tecnologia SLS per stampare in 3D parti di motori a razzo con una polvere di lega di rame, che può resistere alle alte temperature. Se ci concentriamo sull’uso di motori a razzo stampati in 3D, possiamo trovare diversi progetti recenti, come quello della società spagnola Pangea. Questa azienda sviluppa e industrializza dispositivi di combustione avanzati stampati in 3D con materiali innovativi. Hanno progettato un motore a razzo stampato in 3D che è il 15% più efficiente di quelli prodotti tradizionalmente. Anche la NASA con il suo progetto RAMPT (Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology), sta utilizzando la produzione additiva per creare motori di grandi dimensioni per razzi spaziali.

Esplorazione e colonizzazione di Marte

La colonizzazione di un altro pianeta potrebbe sembrare ancora fantascienza, eppure per alcuni sta diventando sempre più una realtà. L’uomo cerca di “conquistare” Marte ormai da anni e la stampa 3D sta dando molti risultati in questo senso. è infatti considerata come una delle tecniche più promettenti per le costruzioni nello spazio. Esistono ormai diversi progetti, a cui gli esperti stanno lavorando attivamente, che hanno come obiettivo quello di riuscire a creare habitat abitabili dagli esseri umani nello spazio, in particolar sulla Luna e su Marte.
La NASA, nel 2020, ha lanciato nello spazio il rover Perseverance diretto su Marte, con ben undici parti e strumenti metallici stampati in 3D. Questi hanno permesso di ottenere una massa ridotta e un puntamento di alta precisione non realizzabili con la fabbricazione convenzionale. Lo scopo di Perseverance è la ricerca di segni di antica vita microbica.
La Delft University of Technology ha sviluppato, invece, i robot Zebro che saranno in grado di scavare tunnel sotto la superficie di Marte per creare un habitat sotterraneo stampato in 3D. I robot possono comunicare tra loro e condividere i compiti: scavare i tunnel e costruire strutture stampate in 3D. Lo spazio abitativo sotterraneo potrebbe essere adatto a una potenziale colonizzazione poiché meno esposto a sbalzi termici.
Infine, l’ultimo progetto ambizioso nel campo è stato portato a termine da ICON e Big-Bjarke Ingels Groups per la NASA: hanno creato la simulazione realistica di un habitat stampato in 3D, chiamato Mars Dune Alpha. L’obiettivo è “trasportarlo” su Marte per supportare missioni spaziali esplorative di lunga durata.

Un’anteprima di come apparirà Mars Dune Alpha (Crediti foto: ICON)

Stampa 3D di cibo nello spazio

Un’altra sfida che l’industria aerospaziale sta affrontando è la creazione di cibo stampato in 3D. Infatti, diversi progetti che combinano la tecnologia 3D con il cibo spaziale sono emersi negli ultimi anni. Uno di questi è guidato dalla società israeliana Aleph Farms, che ha annunciato nel 2019 il suo progetto di stampare in 3D la carne a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Grazie alla stampante 3D di Bioprinting Solutions, sono riusciti a creare una carne a base di cellule che mantiene la consistenza, il gusto e la struttura di una classica bistecca. Per fare questo, le cellule bovine sono state raccolte sulla Terra e inviate nello spazio dove sono state coltivate. inoltre, Aleph Farms fa parte della missione Space Food. Si tratta di un consorzio di esperti in spazio, cibo e stampa 3D che crea mira a sviluppare nuovi alimenti per aiutare gli astronauti a vivere con più autonomia nello spazio.

Crediti foto: Aleph Farms

Un’altra iniziativa di questo tipo viene da SMRC in collaborazione con la NASA, che ha cercato di produrre cibo per le missioni spaziali di lunga durata. L’obiettivo era quello di creare piatti stampati in 3D che mantenessero sapori piacevoli, includendo le sostanze nutritive senza degradarsi nel corso della missione. La NASA sta anche conducendo un progetto in cui premierà  le aziende che hanno trovato modi innovativi per portare il cibo nello spazio. Di tutte le organizzazioni partecipanti, quattro hanno scelto la stampa 3D: BigRedBites, ALSEC, Electric Cow e KEETA.

Razzi stampati in 3D

Oltre alla produzione di parti individuali, la stampa 3D viene utilizzata nell’industria aerospaziale anche per la creazione di razzi stampati in 3D. Questa tendenza crescente sta permettendo alle aziende del settore di ridurre il peso delle parti finali. Relativity Space, startup statunitense, ha avuto una crescita esponenziale negli ultimi anni, posizionandosi come una delle aziende di stampa 3D che ha raccolto più fondi nel settore. Il suo progetto Terran R mira ad essere il primo razzo completamente stampato in 3D e riutilizzabile, che sarà in grado di lanciare più di 20.000 kg in orbita terrestre bassa (LEO). Il lancio di Terran R è previsto da Cape Canaveral nel 2024. SpaceX, d’altra parte, ha introdotto la produzione additiva intorno al 2014, con l’obiettivo di creare parti per i suoi razzi. Oggi, per il suo obiettivo di colonizzare Marte entro il 2050, SpaceX sta utilizzando la stampa 3D a metallo (DMLS) per ottimizzare il processo di produzione. Infatti, questa tecnologia permette di costruire razzi che possono essere riutilizzati senza limite.

Propulsori stampati in 3D

L’Additive Manufacturing è sempre più utilizzato nel settore aerospaziale e in particolare nell’esplorazione dello spazio per varie applicazioni. Questo perché consente di realizzare parti più leggere, più economiche e più efficienti grazie alle geometrie uniche che l’AM permette e ai materiali utilizzati.
Una di queste applicazioni riguarda la produzione additiva di propulsori. Un esempio è il caso del lander lunare Griffin. Il team Griffin Mission One (GM1) di Astrobotic ha collaborato con Agile Space Industries per la creazione di propulsori personalizzati stampati in 3D per il lander lunare Griffin, i cosiddetti Attitude Control Thrusters (ACT). Griffin sarà utilizzato dalla NASA per portare il Volatines Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) al Polo Sud della Luna nel 2023. La missione è particolarmente importante, poiché il rover sarà utilizzato per mappare la presenza di ghiaccio sulla Luna.

Una rappresentazione del VIPER della NASA sulla superficie della Luna (Crediti foto: NASA Ames/Daniel Rutter)

Tute per astronauti stampate in 3D

Un’altra applicazione della produzione additiva nello spazio è la creazione dell’abbigliamento necessario per le missioni spaziali. SpaceX ha creato tute e caschi spaziali stampati in 3D che possono essere facilmente replicati con stampanti 3D desktop. Ogni casco ha una visiera, valvole, serrature e microfoni, e le tute soddisfano i requisiti richiesti. Per la stampa 3D dei caschi è stata utilizzata la tecnologia FDM, in quanto permette l’uso di una gamma più ampia di materiali altamente performanti, come il PEKK.

Créditos: SpaceX

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