{"id":4095,"date":"2023-01-11T00:01:34","date_gmt":"2023-01-10T23:01:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=4095"},"modified":"2023-01-09T17:41:14","modified_gmt":"2023-01-09T16:41:14","slug":"razzo-e-2-produzione-additiva-07120229","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/razzo-e-2-produzione-additiva-07120229\/","title":{"rendered":"Con il razzo a propellente liquido E-2, la produzione additiva migliora le prestazioni critiche del motore a razzo"},"content":{"rendered":"

I satelliti svolgano senza dubbio un ruolo fondamentale nella nostra vita. Non solo forniscono informazioni sulle nuvole, gli oceani, la Terra (permettendo cos\u00ec agli scienziati di prevedere il tempo e il clima), ma sono anche fondamentali per le comunicazioni quotidiane e tanto altro. Oggi i satelliti sono pi\u00f9 economici da produrre perch\u00e9 pi\u00f9 leggeri rispetto alle versioni precedenti, con conseguenti minori costi di lancio. Di conseguenza, le aziende si stanno muovendo per creare razzi pi\u00f9 piccoli e meno costosi. Una delle aziende produttrici di satelliti pi\u00f9 importanti sul mercato \u00e8 Launcher.<\/p>\n

La start-up californiana Launcher \u00e8 stata fondata nel 2017 per far fronte alla crescente domanda che sta superando l’offerta nel mercato dei lanci satellitari (che si prevede crescer\u00e0 da 8 miliardi di dollari a 38 miliardi di dollari nel 2030). L’azienda combina la tecnologia di propulsione liquida e la stampa 3D in metallo<\/a> per creare razzi e veicoli di trasferimento efficienti per portare in orbita piccoli satelliti. In particolare, ha concepito il motore a razzo a basso costo Launcher Engine-2 (E2), ottimizzato per la produzione di massa. Si tratta del motore a razzo a propellente liquido pi\u00f9 performante della sua categoria, destinato a diventare il componente centrale di spinta del razzo Launcher Light. Per realizzare questo progetto innovativo, Launcher si \u00e8 rivolta a Stratasys Direct Manufacturing e alla tecnologia di stampa 3D in metallo di Velo3D.<\/a><\/p>\n

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Test del motore (crediti fotografici: Launcher\/John Kraus Photography)<\/p><\/div>\n

Uno sguardo pi\u00f9 da vicino al motore a razzo liquido E-2<\/h3>\n

Come gi\u00e0 detto, il motore a razzo liquido Launcher E-2 \u00e8 stato progettato per far parte dei razzi ad alte prestazioni Launcher. Il motore da 22.000 lbf (libbre-forza), alimentato da LOX (ossigeno liquido)\/RP-1 (cherosene), \u00e8 considerato il motore pi\u00f9 performante al mondo per i piccoli lanci. Stampato in 3D con una lega di rame, ha un’efficienza di combustione del 98% e prestazioni di 365s Isp. Inoltre, grazie al suo elevato bilanciamento, la girante della pompa LOX pu\u00f2 girare a 30.000 giri al minuto in condizioni criogeniche, trasportando ossigeno liquido.<\/p>

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Tuttavia, la natura innovativa e ad alte prestazioni del razzo E-2 mette in evidenza che non \u00e8 cos\u00ec semplice da produrre. La turbopompa e la sua girante sono particolarmente impegnative. Max Haot, fondatore e amministratore delegato di Launcher, ha spiegato la difficolt\u00e0 del progetto, affermando: “Se guardiamo a qualsiasi motore a razzo a propellente liquido in grado di raggiungere l’orbita, la turbopompa \u00e8 una delle parti pi\u00f9 impegnative del progetto… o per lo meno, met\u00e0 della sfida. E se si parla di una turbopompa per uno stadio di combustione a ciclo chiuso, il livello di sfida aumenta<\/em>“.<\/p>\n

Anche se per il progetto \u00e8 stata scelta la produzione additiva in metallo, non \u00e8 possibile commettere errori a questo livello di prestazioni elevate. Haot ha poi commentato: “Voglio sottolineare quanto sia importante questo progetto. Abbiamo a che fare con ossigeno liquido e una girante che gira a 30.000 giri al minuto per produrre circa un megawatt di potenza dalla turbina. In questo tipo di ambiente, con una pressione di scarico di quattromila psi, qualsiasi anomalia, qualsiasi sfregamento tra il rotore e lo statore, pu\u00f2 provocare un immediato, rapido e non pianificato smontaggio<\/em>“. La chiave \u00e8 quindi rappresentata dalle tecnologie innovative.<\/p>\n

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Sezione della voluta della pompa dell’ossigeno liquido che alimenta il motore E-2 (crediti fotografici: Launcher)<\/p><\/div>\n

Launcher si \u00e8 quindi rivolto a Stratasys Direct Manufacturing che ha utilizzato la soluzione Sapphire\u00ae di Velo3D<\/a> per creare la girante dell’induttore ben bilanciata. Questo componente critico accelera e spinge il LOX verso la camera di combustione, creando un maggiore flusso di fluidi e una maggiore spinta per il razzo. Pi\u00f9 precisamente, la girante dell’E-2 \u00e8 stata creata integrando due parti separate stampate in 3D, un induttore e una girante, in un unico componente congiunto ed efficiente. Il materiale scelto \u00e8 l’INCONEL 718, un materiale resistente alla corrosione con una discreta compatibilit\u00e0 con il LOX e un’eccellente resistenza meccanica a temperature criogeniche.<\/p>\n

Perch\u00e9 \u00e8 stata scelta la produzione additiva in metallo?<\/h3>\n

Perch\u00e9 Launcher, potendo scegliere qualsiasi tecnologia, si \u00e8 orientata verso la produzione additiva in metallo e pi\u00f9 specificamente verso la soluzione di Velo3D? La produzione additiva in metallo, come ci si aspetterebbe, offre diversi vantaggi, soprattutto in termini di riduzione dei costi e di libert\u00e0 di progettazione. Tuttavia, non tutte le soluzioni sono adatte. Soprattutto perch\u00e9 per ottenere le propriet\u00e0 necessarie, la parte non poteva essere realizzata con supporti interni o inclinata, il che ha portato Stratasys Direct a scegliere di utilizzare il sistema Velo3D Sapphire\u00ae grazie alla sua capacit\u00e0 di stampare parti senza supporti.<\/p>\n

In particolare, la possibilit\u00e0 di stampare in piano era fondamentale per il team, perch\u00e9 l’inclinazione della parte durante il processo di stampa avrebbe impedito di ottenere un componente rotante ben bilanciato. Ma questo non sarebbe possibile con altre soluzioni, perch\u00e9 in genere se gli utenti vogliono evitare i supporti interni (necessari per molte geometrie complesse di molte soluzioni di stampa 3D in metallo), devono inclinare il pezzo. Ma questo non \u00e8 il caso del sistema Sapphire\u00ae.<\/p>\n

Come abbiamo detto in precedenza, la soluzione di Velo3D \u00e8 unica nel settore AM per la sua libert\u00e0 di progettazione, che incarna il motto dell’azienda “Print the part you want and need \u2013 without compromise<\/em>“. Questa libert\u00e0 \u00e8 il risultato di diversi fattori, tra cui il fatto che Velo3D offre una soluzione AM in metallo avanzata e completamente integrata, che comprende il software di preparazione alla stampa Flow\u2122 e il software Assure\u2122 per la convalida della qualit\u00e0. Inoltre, \u00e8 in grado di stampare angoli ridotti fino a zero gradi. Quest’ultimo aspetto era particolarmente importante per Launcher, in quanto permetteva di stampare il pezzo in piano.<\/p>\n

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Le due stampanti Sapphire di Launcher (crediti fotografici: Launcher)<\/p><\/div>\n

Il fatto di dover inclinare il pezzo avrebbe compromesso la sua qualit\u00e0 a causa dell’accumulo di stress durante la costruzione, impedendo la creazione di un componente rotante ben bilanciato. Secondo Stratasys Direct, con il sistema Velo3D \u00e8 stato possibile stampare le giranti con l’orientamento ideale, evitando al contempo la necessit\u00e0 di supporti interni che avrebbero potuto danneggiare il pezzo finale. Andre Ivankovic, ingegnere meccanico di Launcher, ha spiegato: “Stampando il pezzo in piano, abbiamo ottenuto una distribuzione simmetrica della massa del pezzo rispetto all’asse di rotazione centrale<\/em>“.<\/p>\n

Qual \u00e8 stato il risultato finale?<\/h3>\n

La parte risultante doveva essere sottoposta a operazioni complete e personalizzate di post-processing<\/a> e a fasi di convalida prima di poter essere finalizzata. A tal fine, Stratasys Direct ha lavorato parzialmente il componente per rimuovere tutta la polvere dai canali interni prima di sottoporlo a trattamenti termici certificati. Il passo successivo \u00e8 stato quello di confermare che la girante soddisfacesse i requisiti di densit\u00e0 e integrit\u00e0 del materiale prima dei processi termici.<\/p>\n

La combinazione dell’esperienza AM di Stratasys Direct e della rigorosa post-elaborazione secondaria con la capacit\u00e0 di Velo3D di stampare senza supporti ha garantito il successo della costruzione di una parte altamente complessa e funzionale. I test effettuati finora hanno dato esito positivo. Infatti, recentemente Launcher ha testato con successo la turbopompa del motore E-2 per la U.S. Space Force in una campagna presso il NASA Stennis Space Center. Il team di collaudo dell’E-2 \u00e8 riuscito a raggiungere o superare tutti gli obiettivi di potenza, pressione in ingresso e in uscita, efficienza e vibrazioni nel corso di 11 test. Per saperne di pi\u00f9 su come l’E-2 \u00e8 stato realizzato con la soluzione Sapphire\u00ae di Velo3D: QUI<\/a>.<\/span><\/p>\n