Nelle missioni spaziali, ogni grammo e ogni centimetro conta – ma come fai a sapere all’inizio quale attrezzatura sarà necessaria in seguito nello spazio? Insieme al TU Clausthal , l’Istituto federale per la ricerca e i test sui materiali ( BAM ) sta studiando come utilizzare la produzione additiva a gravità zero per produrre componenti, pezzi di ricambio o strumenti come richiesto. I ricercatori sono ora riusciti per la prima volta a stampare in diverse condizioni gravitazionali con materiale che sarebbe disponibile sul posto, ad esempio la polvere lunare. Hanno anche riprodotto un famoso oggetto della storia dello spazio.
La stampa 3D offre un’ampia gamma di opzioni per la produzione di componenti da materiale di partenza liquido, in polvere o filiforme. I processi a letto di polvere (Selective Laser Sintering) sono tra i processi industriali più diffusi e avanzati. In linea di principio, metalli, plastica e ceramica, ma anche materiali compositi sono disponibili come polveri. Nel complesso, attraverso la produzione additiva, è possibile produrre un gran numero di componenti o strumenti “pronti all’uso” in modo molto flessibile e rapido, ma soprattutto direttamente nel rispettivo luogo. Questo è il motivo per cui la tecnologia ha un grande potenziale anche nei viaggi spaziali: ad esempio, nelle stazioni spaziali in orbita o oltre che nelle future basi lunari o marziane o sui voli verso di esse.
La sfida, tuttavia, è realizzare la produzione additiva a base di polvere indipendentemente dalle forze gravitazionali. Un team della BAM e della Clausthal University of Technology ha sviluppato un processo innovativo per questo nel 2017: un flusso di gas continuo viene creato attraverso il letto di polvere per poter elaborare la polvere secca. Questo crea un campo di flusso che attrae le particelle di polvere, indipendentemente dalla gravità, verso la piattaforma di costruzione. Per poter testare questa procedura in condizioni reali, BAM partecipa regolarmente a voli parabolici del Centro aerospaziale tedesco (DLR) e dell’Agenzia spaziale europea ( ESA ), durante i quali vengono simulate diverse condizioni gravitazionali.
“Se riusciamo a rendere possibile la produzione additiva in diverse condizioni gravitazionali, oltre alla stampante, al massimo il materiale, ad es. B. in polvere, vengono trasportati alla stazione spaziale – e non un’intera gamma di strumenti e pezzi di ricambio. Soprattutto con le future missioni su Marte nulla potrebbe essere “inviato dopo” a causa della lunga distanza: essere in grado di stampare una parte richiesta in loco significa massima flessibilità “, spiega il Prof. Dr. Jens Günster, esperto di processi di produzione additiva presso BAM e professore di ceramica ad alte prestazioni presso la Clausthal University of Technology.
Negli esperimenti di volo parabolico di quest’anno, Günster e il suo team hanno testato i dispositivi e i processi sviluppati in condizioni gravitazionali come quelle sulla luna e su Marte. Oltre ai test con polvere metallica, per la prima volta è stata testata anche la stampa 3D con polvere lunare simulata (lunar regolite simula). “I test hanno dimostrato che il processo funziona non solo in completa assenza di gravità, ma anche in diverse condizioni gravitazionali e con diversi materiali di partenza”, spiega Günster. “In condizioni gravitazionali lunari e di Marte, siamo stati in grado di stampare piccole chiavi inglesi da polvere metallica e da regolite lunare per simulare un oggetto che assomiglia alla famosa impronta che Neil Armstrong ha lasciato sulla luna nel 1969”.
Nell’ambito del progetto “Produzione additiva a base di polvere a gravità ridotta” finanziato dal DLR, l’attrezzatura utilizzata deve essere continuamente adattata alle varie condizioni gravitazionali. L’utilizzo di materiali in loco, il cosiddetto “In-Situ Resource Utilization” (ISRU), consentirebbe una maggiore flessibilità per le future missioni spaziali. In un altro progetto finanziato dall’ESA – in collaborazione con la Clausthal University of Technology – si sta studiando la sinterizzazione su larga scala delle simulazioni di polvere lunare.
