L’azienda olandese di stampa 3D robotica in metallo MX3D ha costruito un nuovo “pavimento scheletrico” efficiente in termini di materiale per un prototipo di insediamento lunare dell’Agenzia spaziale europea (ESA).
Combinando la delineazione dell’analisi della mappa delle sollecitazioni con la stampa 3D, l’azienda è stata in grado di costruire una struttura in acciaio ultraleggera con un design liscio simile a una ragnatela, con una massa ridotta di 395 chilogrammi. Secondo l’ingegnere dell’ESA Advenit Makaya, il progetto ha mostrato l’efficienza e il potenziale di produzione lunare della tecnologia MX3D, che potrebbe essere utilizzata per costruire strutture basate sulla regolite in futuro.
“Questo è un risultato notevole di MX3D, che evidenzia ulteriormente il potenziale di questa tecnica di produzione additiva per una gamma crescente di applicazioni spaziali”, ha affermato Makaya. “La flessibilità del design e la possibilità di combinare la struttura stampata con sistemi di monitoraggio integrati, meritano di essere studiati per applicazioni nelle strutture spaziali”.
“QUESTA TECNICA POTREBBE ESSERE PRESA IN CONSIDERAZIONE ANCHE PER LA COSTRUZIONE IN SITU DI INFRASTRUTTURE DURANTE MISSIONI DI ESPLORAZIONE SOSTENIBILE, UTILIZZANDO MATERIE PRIME METALLICHE DERIVATE DALLA REGOLITE DISPONIBILE LOCALMENTE”.
Il pavimento lunare stampato in 3D in acciaio inossidabile da 495 chilogrammi di MX3D. Foto tramite l’ESA.
Un design ‘scheletrico’ stellare
Costruito per un prototipo di habitat lunare ESA a quattro piani sviluppato dallo studio di architettura Skidmore, Owings and Merrill (SOM) , il pavimento di MX3D è stato topologicamente ottimizzato per essere il più efficiente possibile nei materiali. In pratica, ciò significa che la struttura è stata stampata in 3D utilizzando la tecnologia WAAM proprietaria dell’azienda in sei segmenti verticali, prima di essere saldata in una sottostruttura coesiva.
Sostenuto da tre colonne, il pavimento è caratterizzato da una serie di pannelli che formano una “maglia” in grado di fungere da struttura portante senza bisogno di essere “tamponata”, mentre il suo disegno complessivo è a sbalzo verso il perimetro e il centro, consentendo a queste aree di essere stampato in 3D con uno spessore ridotto, ma non a scapito della coesione o dell’integrità.
“Abbiamo esaminato i vincoli di produzione e utilizzato la nostra analisi per interpolare un modello web che seguisse i limiti angolari delle macchine da stampa 3D”, spiega Daniel Inocente, Senior Designer di SOM per il progetto. “Anche la sezione trasversale e lo spessore sono stati analizzati e differenziati per ridurre la massa complessiva, con uno spessore ridotto ai confini esterno/interno”.
La costruzione del pavimento in acciaio inossidabile 308LSi è durata circa 246 ore e ora è stata completata e, una volta assemblata, misura circa 4,5 metri di diametro. Alla fine, la struttura non è stata in grado di partecipare alla mostra “Life Beyond Earth” della Biennale di Venezia di SOM come previsto, ma secondo il CEO di MX3D Gijs van der Velden, il progetto ha comunque dimostrato il potenziale di alleggerimento delle sue tecnologie.
“È stato un progetto perfetto per MX3D sfruttare la sua esperienza nella stampa di strutture metalliche ottimizzate per topologia”, ha concluso van der Velden. “Raggiungere un uso ottimale del materiale è un obiettivo aziendale di MX3D perché, proprio come quando si progettano applicazioni spaziali, ogni chilo ridotto in un design MX3D è una vittoria diretta per la fattibilità di un progetto.”
Basato su Metal XL , un software che MX3D descrive come il “primo dedicato al WAAM robotico” e macchinari ABB montati su stampante, l’approccio dell’azienda consente la costruzione di un’architettura personalizzata su larga scala. In tempi recenti, la società ha anche iniziato a produrre i propri sistemi con la stampante 3D M1 , che ha recentemente ottenuto un’iniezione di denaro di 2,25 milioni di euro per finanziare ulteriori attività di ricerca e sviluppo e rilascio.
Dal lancio nel 2015, l’azienda ha costantemente ridimensionato l’applicazione delle sue tecnologie, dalla sua prima bici “Arc” stampata in 3D nel 2016, fino a un connettore a ponte in acciaio che si diceva avrebbe generato un significativo “interesse da parte delle società di costruzioni” nel 2019.
Utilizzando il suo approccio unico WAAM, l’azienda ha anche iniziato a costruire ponti e ha presentato la sua prima struttura di 12 metri di lunghezza nel canale Oudezijds Achterburgwal di Amsterdam nel giugno 2021. Lavorando con il CSIC , l’ Imperial College di Londra e l’ Alan Turing Institute , MX3D ha stato in grado di incorporare sensori nella build, consentendo la raccolta di dati per la creazione di un gemello digitale della struttura.
All’epoca, van der Velden ha affermato che il ponte era “solo l’inizio” per le tecnologie dell’azienda e, dopo il successo del suo recente progetto aerospaziale, il capo dei materiali e dei processi dell’ESA Thomas Rohr, ora ha parlato dello spazio -il potenziale delle tecnologie a guida robotica di MX3D che avanzano.
“Le capacità di MX3D dimostrano una stimolante concomitanza tra ingegneria e arte e sono un altro ottimo esempio di quanto AM sia già entrato nella nostra società”, ha concluso Rohr. “Per le applicazioni spaziali, tali tecnologie non solo forniscono miglioramenti nelle prestazioni, ma possono portare a soluzioni progettuali senza precedenti e abilitanti”.
