Gli attuatori di controllo dell’assetto, i motori elettrici e i cuscinetti magnetici tutti sfruttano le bobine elettromagnetiche. Tuttavia, i processi tradizionali di avvolgimento delle bobine sono costosi, richiedono tempo, e impongono limitazioni progettuali. Ora, grazie agli avanzamenti nella produzione additiva, è possibile fabbricare componenti dettagliati e complessi.
Un progetto finanziato dal programma GSTP dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea) ha sviluppato e validato un metodo completo per la produzione additiva di bobine elettromagnetiche in rame puro. Questo progetto segue un’attività precedente di riduzione del rischio GSTP chiamata “Produzione additiva di bobine di metallo (ATOMEC)”, che ha dimostrato con successo la produzione di bobine di alluminio tramite fusione laser a letto di polvere (L-PBF). L’uso di metodi di ottimizzazione della topologia ha permesso di ridurre il peso delle bobine e di migliorare le loro prestazioni magnetiche.
Il nuovo progetto ha integrato tecniche all’avanguardia di produzione additiva e lavorazione dei materiali, trasferendo l’esperienza acquisita con le bobine di alluminio alla produzione di bobine di rame, e applicandola a un uso spaziale.
L’obiettivo del progetto era di:
- Identificare un processo di produzione additiva adatto per lavorare il rame puro e produrre bobine elettromagnetiche per applicazioni spaziali.
- Stabilire un processo completo di produzione additiva, compresi i passaggi di pre e post-produzione e i test non distruttivi.
- Verificare che il processo sia adatto alla produzione di componenti con le proprietà del materiale necessarie.
- Realizzare un dimostratore e testare le sue funzionalità chiave in un ambiente pertinente.
L’accuratezza geometrica e la conduttività elettrica sono stati i criteri chiave per la valutazione e la selezione del processo di produzione additiva. Nel corso del progetto, è stata utilizzata la tecnica L-PBF con una sorgente laser verde.
È stata raggiunta un’elevata densità relativa fino al 99,99% e una conduttività elettrica >98% IACS. I prototipi sono stati prodotti e successivamente processati per testare le singole fasi del processo, come la rimozione dei supporti e la sabbiatura, oltre all’ispezione non distruttiva. Sono stati inoltre effettuati test ambientali per garantire che le funzionalità non fossero compromesse dall’esposizione a un ambiente spaziale rilevante: i test sono stati superati senza alcun degrado.
Il progetto ha dimostrato con successo come la conduttività elettrica del rame puro possa essere combinata con la libertà di progettazione offerta dalla produzione additiva. Entrambi questi elementi sono cruciali per le prestazioni delle bobine elettromagnetiche e consentono la creazione di bobine con forme complesse per generare specifici schemi di campo magnetico.
L’abilità di creare nuove forme geometriche per le bobine elettromagnetiche è un aspetto chiave nello sviluppo di cuscinetti magnetici a bassa vibrazione. Questi sono particolarmente utili per le applicazioni di osservazione della Terra, come le immagini ad alta risoluzione o il radar ad apertura sintetica, e per le missioni di astrofotografia.
L’attività, sostenuta dall’ESA, ha quindi aperto la strada a nuove opportunità nel campo delle bobine elettromagnetiche, combinando la conduttività superiore del rame puro con la flessibilità di progettazione offerta dalla produzione additiva.”
