LA NASA SVILUPPA PARTI DI MOTORI A RAZZO STAMPATE IN 3D CHE POTREBBERO ALIMENTARE LA MISSIONE LUNARE ARTEMIS
La NASA ha sviluppato componenti di motori a razzo stampati in 3D che potrebbero essere utilizzati come parte del progetto Artemis per riportare gli astronauti sulla Luna e prepararsi per una futura missione su Marte.
Attraverso il suo progetto RAMPT ( Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology ), la NASA ha ottimizzato una tecnica DED (Directed Energy Deposition) in polvere per fabbricare diverse parti di grande formato. L’avanzato processo di stampa ha consentito alla NASA di ridurre in modo significativo i tempi di consegna e i costi di produzione di componenti del motore complessi come ugelli e camere di combustione.
“Questo progresso tecnologico è significativo, in quanto ci consente di produrre le parti di motori a razzo più difficili e costose per un prezzo inferiore rispetto al passato”, ha affermato Drew Hope, Manager del Game Changing Development Program della NASA , che finanzia RAMPT. “Inoltre, consentirà alle aziende all’interno e all’esterno del settore aerospaziale di fare lo stesso e di applicare questa tecnologia di produzione ai settori medico, dei trasporti e delle infrastrutture”.
La NASA ha istituito il suo programma RAMPT per sviluppare nuove tecnologie di produzione, con l’obiettivo generale di aumentare la scala e le prestazioni dei suoi gruppi di camere di spinta. Al momento, la camera del razzo richiede più tempo per essere prodotta, è la più costosa ed è la parte più pesante di tutti quelli che compongono i sistemi dei motori a razzo della NASA.
Lavorando con partner governativi e industriali, RAMPT non solo riduce il costo del motore, ma sviluppa una catena di fornitura specializzata integrata per materiali, hardware e test.
Collaborando con la Auburn University , ad esempio, RAMPT sta sviluppando tecnologie di stampa 3D commerciali insieme a numerose aziende manifatturiere. Tali partnership non solo consentono a RAMPT di condividere i costi associati allo sviluppo, ma di ottimizzare la produzione additiva avanzata per l’utilizzo in altri settori.
Recentemente, RAMPT ha compiuto progressi significativi nello sviluppo di una tecnica di stampa 3D DED migliorata, che le ha permesso di creare numerose parti di razzi. Il metodo di stampa funziona iniettando polvere di metallo in un pool di metallo fuso riscaldato al laser (o il suo pool di fusione). Quindi, una testina di stampa, composta da un ugello per polvere soffiata e ottica laser, è collegata a un robot, che crea componenti in un processo strato per strato.
Sfruttando la tecnologia emergente, gli scienziati della NASA sono stati in grado di fabbricare pezzi molto più grandi di quanto fosse possibile in precedenza, che sono limitati solo dalle dimensioni della stanza in cui vengono creati. Il nuovo processo DED si è inoltre dimostrato in grado di creare parti altamente complesse come gli ugelli del motore con canali interni del refrigerante.
Gli ugelli dei motori a razzo che dispongono di canali di raffreddamento interni sono vantaggiosi, in quanto possono far scorrere propellente criogenico attraverso le loro scanalature, per aiutare a mantenere il dispositivo a temperature di sicurezza. Anche le parti mission-critical stampate in DED richiedono meno tempo per la fabbricazione ei costi di produzione sono notevolmente ridotti rispetto a quelli creati utilizzando metodi di produzione convenzionali.
“È un processo impegnativo produrre gli ugelli tradizionalmente e può richiedere molto tempo”, ha affermato Paul Gradl, co-investigatore principale RAMPT presso il Marshall Space Flight Center della NASA. “La produzione additiva DED in polvere soffiata ci consente di creare componenti su larga scala con caratteristiche interne complesse che prima non erano possibili”.
La NASA ha implementato il suo nuovo processo di stampa 3D DED per produrre uno degli ugelli più grandi che l’organizzazione abbia mai stampato. Misurando 40 pollici di diametro e alto 38 pollici, l’ugello, dotato di canali di raffreddamento completamente integrati, è stato fabbricato in soli 30 giorni. In confronto, utilizzando le tecniche di saldatura tradizionali, il dispositivo avrebbe richiesto un anno intero per essere prodotto.
Il successo del progetto RAMPT ha attirato l’attenzione del team di missili Space Launch System (SLS) della NASA , che è fortemente coinvolto nel programma spaziale Artemis. Ora l’equipaggio di SLS sta pianificando di investire ulteriormente nella tecnologia DED avanzata, al fine di certificare il processo per il volo spaziale. In futuro, il team SLS mira a collaborare con RAMPT per costruire e valutare un ugello raffreddato a canale che abbia un diametro fino a 5 piedi e un’altezza di quasi 7 piedi.
“La produzione di ugelli per pareti di canali e altri componenti utilizzando questo nuovo tipo di produzione additiva potrebbe consentirci di realizzare motori SLS nella scala richiesta con un programma ridotto e costi ridotti”, ha concluso Johnny Heflin, responsabile dell’ufficio di Liquid Engines per il programma SLS.
La NASA ha spesso collaborato con aziende commerciali come mezzo per creare parti di razzi migliorate e promuovere l’adozione della tecnologia di stampa 3D nel settore dell’aviazione.
Lavorando a fianco della società di lancio di satelliti Virgin Orbit nel maggio dello scorso anno, la NASA ha prodotto una camera di combustione del motore a razzo stampata in 3D funzionante . Il componente in rame ha completato con successo un lancio di prova presso il Marshall Space Flight Center (MSFC), fornendo fino a 2.000 libbre di spinta.
In una collaborazione con il produttore aerospaziale Boeing , la NASA ha utilizzato la stampa 3D per isolare le parti più vulnerabili del suo razzo spaziale Artemis. Il team congiunto ha progettato, testato e stampato in 3D uno stampo preciso che proteggeva lo spazio attorno al gruppo di spinta del razzo.
Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA ha utilizzato anche la tecnologia di progettazione generativa della società di software americana Autodesk per costruire un lander interplanetario. Il software di Autodesk è stato implementato per ridurre il peso delle parti stampate in 3D utilizzate per produrre il veicolo, consentendogli di trasportare più strumenti di esplorazione spaziale nel processo.
