Oltre una dozzina di proposte di produzione additiva negli Stati Uniti riceveranno i premi SBIR e STTR della NASA
La NASA sta cercando di sviluppare tecnologie che possano rompere i confini nello spazio, come aerei senza pilota o pannelli solari, che potrebbero aiutare gli umani a vivere sulla Luna e su Marte. Durante il programma SBIR (Small Business Innovation Research) trifase , l’agenzia ha selezionato centinaia di proposte e molti di loro utilizzeranno la produzione additiva.
Durante la prima fase, l’agenzia ha scelto 363 proposte da piccole imprese e istituti di ricerca in 41 stati per contribuire a far progredire i tipi di capacità necessarie per le future missioni, oltre a supportare l’agenzia in altre aree come parte della loro tecnologia SBIR e Small Business. Trasferimento (STTR) programmi, che assegnerà un totale di 45 milioni di dollari per sostenere lo sviluppo di tecnologie nelle aree di esplorazione e operazioni umane, tecnologia spaziale, scienza e aeronautica nella sua prima fase. Dieci di queste proposte utilizzeranno la produzione additiva nelle seguenti applicazioni: tecnologie di propulsione nello spazio; energia elettrica e immagazzinamento; sensori, rivelatori e strumenti; sistemi di entrata, discesa e atterraggio; produzione nello spazio e avanzato; lavorazione di terra e di lancio e tecnologia dei veicoli aerei.
La NASA ha selezionato le proposte in base a una serie di criteri, tra cui il merito tecnico e la fattibilità, nonché l’esperienza, le qualifiche e le strutture delle imprese. Ulteriori criteri includevano l’efficacia dei piani di lavoro proposti e il potenziale commerciale delle tecnologie. Solo le piccole imprese che hanno stipulato un contratto di Fase I potevano presentare una proposta per un accordo di finanziamento di Fase II, incentrato sullo sviluppo, la dimostrazione e la fornitura delle innovazioni precedentemente selezionate. Per questa seconda fase, su 142 proposte di 129 piccole imprese statunitensi su 28 stati, nove hanno progetti relativi alla tecnologia AM e si aspettano di ricevere i contratti di Fase II, in questo caso i premi ammontano a 106 milioni di dollari.
Le tre fasi dei programmi SBIR e STTR della NASA sono condotte come segue:
La fase I è l’occasione per stabilire il merito scientifico, tecnico e commerciale e la fattibilità dell’innovazione proposta. I contratti di Fase I di SBIR durano sei mesi e i contratti di Fase I di STTR durano 13 mesi, entrambi con un finanziamento massimo di 125.000 dollari.
La fase II si concentra sullo sviluppo, la dimostrazione e la consegna dell’innovazione, con contratti della durata di 24 mesi con un finanziamento massimo di 750.000 dollari.
La fase III è la commercializzazione di tecnologie, prodotti e servizi innovativi derivanti da un contratto di Fase I o Fase II.
Tutte le proposte offrono sia potenziali applicazioni NASA che applicazioni non NASA in modo che il suo prodotto o servizio innovativo possa essere adattato a diverse impostazioni. I programmi SBIR e STTR incoraggiano le piccole imprese e gli istituti di ricerca a sviluppare idee innovative che soddisfino le esigenze specifiche di ricerca e sviluppo del governo federale. I programmi intendono stimolare l’innovazione tecnologica nel settore privato, aumentare l’applicazione commerciale dei risultati della ricerca e incoraggiare la partecipazione di società socialmente ed economicamente svantaggiate e di piccole imprese di proprietà delle donne. È il fondo federale più grande e più importante per finanziare la ricerca e lo sviluppo delle piccole imprese e, con un budget annuale di 2,5 miliardi di dollari, finanzia ogni anno oltre 160.000 società.
Dagli anni ’70, le piccole imprese hanno creato circa il 55 percento di tutti i posti di lavoro negli Stati Uniti.
“Le piccole imprese svolgono un ruolo importante nelle nostre attività scientifiche e di esplorazione”, ha affermato Jim Reuter, amministratore associato in qualità di membro della direzione della missione tecnologica spaziale della NASA. “La diversa comunità di partner della NASA, comprese le piccole imprese in tutto il paese, ci aiuta a raggiungere la nostra missione e a coltivare l’economia degli Stati Uniti. Le loro innovazioni aiuteranno l’America a sbarcare la prima donna e il prossimo uomo sulla Luna nel 2024, stabiliranno una presenza sostenibile sulla superficie lunare pochi anni dopo e perseguiranno interessanti opportunità per andare su Marte e oltre. “
Le proposte selezionate supporteranno l’aeronautica, l’esplorazione dello spazio umano, le operazioni, la scienza, la tecnologia spaziale, miglioreranno la mobilità sulla Luna e altri corpi planetari, cercheranno la vita su altri pianeti e permetteranno anche sistemi autonomi di velivoli senza pilota. Tutto ciò è strettamente correlato al Piano strategico della NASA per l’esplorazione lunare, il progetto Artemis , un programma per riportare gli astronauti sulla superficie lunare entro il 2024, in particolare il Polo Sud della Luna. Grazie ad Artemis, la NASA spera di essere in grado di stabilire una presenza umana sostenibile sulla Luna entro il 2028 per scoprire nuove scoperte scientifiche, dimostrare nuovi progressi tecnologici e gettare le basi per le compagnie private per costruire un’economia lunare.
Durante la fase I, dieci aziende affronteranno alcuni di questi problemi con la produzione additiva. La tecnologia dirompente è diventata estremamente popolare, conveniente ed economica in molti progetti legati allo spazio. L’agenzia spaziale statunitense ha lavorato con la tecnologia per anni, inviando la prima stampante 3D alla Stazione Spaziale Internazionale nel 2014, cercando di concentrarsi su come l’autosostenibilità aiuterà gli astronauti a vivere in un luogo diverso da questo pianeta. Orion Spacecraft della NASA ha utilizzato oltre 100 parti finali stampate in 3D . Quindi non c’è da meravigliarsi che molte delle aziende selezionate per la Fase I e II useranno la produzione additiva per arrivare in modo efficiente alla Luna e alla fine a Marte.
Le seguenti società correlate a AM sono state selezionate per la fase I:
Geoplasma Research spera di utilizzare la produzione additiva di leghe di metallo refrattario per componenti di propulsione termica nucleare, che aiutano a ridurre i tempi di viaggio per le missioni nello spazio profondo e eludono la principale preoccupazione dell’esposizione dell’equipaggio alle radiazioni pericolose dello spazio profondo. L’azienda con sede in Louisiana si concentrerà sulla dispersione di leghe refrattarie rafforzata da fasi termodinamicamente stabili, con una combinazione di materie prime resistenti al metallo refrattario ad alta resistenza e una tecnologia AM che elude problemi come il cracking da stress termici associati alla tecnologia AM a raggio laser o elettrone più tradizionale .
SET Group propone un convertitore di potenza modulare bidirezionale ad alta densità con componenti magnetici additivati come soluzione all’interesse della NASA per l’alta densità di potenza, l’efficienza, i sistemi elettrici modulari. Il progetto proposto sarà in grado di funzionare come regolatore di carica e scarica di bus e batteria e come convertitore di potenza del bus. Per progettare e fabbricare nuclei elettromagnetici compositi magnetici che sostituiranno i componenti elettromagnetici tradizionali a bordo, essi sfrutteranno le tecniche e le attrezzature di Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Advanced Manufacturing (AM).
NHanced Semiconductors progetta di progettare, fabbricare, assemblare e testare un dispositivo prototipo 3D Advanced Hybrid Detector (AHD) delta drogato che la NASA potrebbe potenzialmente utilizzare sia per il programma UV UV (Large UV Optical Infrared) che per il programma Habitable Exoplanet (HabEX) che sono entrambi destinati al varo negli anni ’30. Così come per altri usi commerciali nell’analisi forense e anche per l’identificazione di riparazioni di carrozzeria non dichiarate.
LM Group Holdings sta proponendo un programma per studiare la produzione di compositi laminati in lega di metallo amorfo e rivestimenti di superfici metalliche utilizzando la tecnologia Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) , una tecnologia di stampa 3D a stato solido che la NASA potrebbe potenzialmente applicare ai componenti del motore o veicoli ipersonici. E potrebbe essere ampiamente adottato dalle industrie che utilizzano la stampa 3D di metalli, come l’aerospaziale e il settore medico.
Il potenziale di surriscaldamento sia del frontalino che del corpo di un dispositivo che inietta ossigeno liquido (LOX) in un condotto in cui l’idrogeno scorre a temperature elevate (2.850 K) è estremamente alto. ASRC Federal Astronautics prevede di incorporare un iniettore LOX monoblocco fabbricato esclusivamente mediante fusione laser selettiva (SLM), che fornisce la capacità di adattare infinitamente il raffreddamento della traspirazione a costi e tempi di produzione significativamente più bassi rispetto allo stato dell’arte Rigimesh (un provato e vero tecnologia di raffreddamento per la traspirazione che è stata utilizzata nella produzione di maschere iniettore utilizzate in numerosi motori a razzo liquido ad alta potenza). Questo potrebbe forse funzionare per i motori di atterraggio planetario e di salita, scramjets e ramjets.
Additive Manufacturing Innovations, guidato da Ajit Achuthan , propone un modello computazionale per prevedere le proprietà meccaniche di metalli e leghe con microstruttura gerarchica (una nuova classe di materiali caratterizzati da una microstruttura ricca di caratteristiche con diversa scala di lunghezza), utilizzando un metodo di cellule generalizzato. Lo sviluppo di metalli e leghe metalliche con eccellenti proprietà meccaniche è estremamente importante per i futuri velivoli con sistemi di propulsione ibridi elettrici o completamente elettrici, è necessaria una tecnologia avanzata dei materiali per i componenti di potenza tra cui macchine elettriche e cavi di alimentazione. L’innovazione proposta ha il potenziale per avere un impatto positivo su tutte le importanti missioni e programmi della NASA.
Advanced Ceramics Manufacturing è interessata alla tecnologia ipersonica, ovvero fabbricazione innovativa per strutture ad alta temperatura(come i motori aerospaziali) in ambienti difficili, utilizzando un processo di produzione additiva assistito dal laser (AM) per costruire strato dopo strato vicino alle strutture 3D di preforme a forma di rete e implementare l’infiltrazione AM assistita da laser della preforma di carburo di silicio (SiC) con silicio fuso . Questo tipo di compositi a matrice ceramica (CMC) offre una densità significativamente inferiore e una maggiore resistenza all’ossidazione ad alta temperatura rispetto ai materiali convenzionali e sono ampiamente utilizzati nell’industria aerospaziale e di produzione di energia in protezioni, combustori, lame, alette e alette, esplosione tubi e gole degli ugelli. La società ha già lavorato con Formula 1, Boeing e Airbus, tra altre 800 aziende.
Sperando di sviluppare un nuovo processo di produzione additivo e una procedura di post-trattamento per componenti in titanio leggero alluminide gamma (γ-TiAl) per veicoli ipersonici, Advanced Manufacturing prevede che la nuova procedura affronterà l’esclusiva microstruttura fine inerente a un componente prodotto in modo additivo. Questa nuova procedura aumenterà le prestazioni riducendo al contempo il peso e migliorando l’efficienza del carburante. L’AM γ-TiAl leggero troverà presto applicazione nelle lame LPT per turbine a bassa pressione, rotore del compressore, rotori di turbine a bassa pressione, statori e sfiato.
La terza proposta di tecnologia ipersonica propone leghe commerciali a conduttività termica migliorate per applicazioni di veicoli spaziali che utilizzano un approccio di produzione additivo. In questo caso, Blue Star Advanced Materials suggerisce un nuovo approccio per aumentare la conduttività termica delle leghe strutturali commerciali per l’ipersonica usando tecniche AM e mangimi misti in polvere. L’idea è di mantenere la resistenza alle alte temperature nelle leghe aumentando la conduttività termica.
L’azienda ExOne sta proponendo di sviluppare il suo processo di produzione additivo di leganti per carburi di silicio (SiC) a sostegno delle iniziative EAP (Electrified Aircraft Propulsion) della NASA. L’azienda stabilita dimostrerà la fattibilità tecnica dell’utilizzo di AM per costruire scambiatori di calore SiC ottimizzando i parametri di stampa e le tecniche di post-elaborazione per massimizzare la frazione di volume SiC nel materiale finale.
Atterraggio di precisione in missioni lunari di successo (Credit: Pat Rawlings / NASA)
Le aziende di Fase II con progetti di produzione additiva selezionati erano:
Cornerstone Research Group ha proposto un controllo di qualità in-process automatizzato della produzione di filamenti riciclati e stampanti FDM per applicazioni di produzione nello spazio (ISM). Ciò potrebbe potenzialmente migliorare il sistema di riciclo multi-materiale ERASMUS (per aiutare gli astronauti trasformando i rifiuti di plastica in filamenti per la stampa 3D nello spazio). L’azienda offre alla NASA l’opportunità di ottenere sistemi di monitoraggio e controllo dei processi AM per il controllo di qualità online della produzione di materie prime e di parti stampate, ridurre le esigenze di carico utile per la produzione AM nello spazio, monitoraggio della qualità di stampa in-situ e stampanti 3D con livelli migliorati adesione dello strato.
C’è un divario significativo tra le proprietà dei materiali che vengono prodotti utilizzando gli attuali processi di stampa 3D e le proprietà necessarie per supportare i sistemi spaziali critici. La principale limitazione per i polimeri è l’adesione tra strati nella direzione di accumulo, quindi Actuated Medical spera di sviluppare, testare e commercializzare la produzione additiva di PEEK e PEEK fibrorinforzato per applicazioni NASA e dispositivi medici personalizzati. Durante la fase I, la società ha dimostrato la capacità di adeguare una semplice stampante commerciale AM con una testa ad alta temperatura e diodi laser a bassa potenza per consentire la stampa di PEEK rinforzato con fibra di carbonio (CFR), uno dei polimeri più resistenti disponibili, insieme ad altri formulazioni polimeriche come ABS. Actuated Medical si concentrerà su AM di materiali termoplastici ad alte prestazioni che offrono un’opportunità unica per consentire la produzione in situ di grandi strutture aerospaziali e strumenti e oggetti temporanei, su richiesta, in grado di essere riciclati e riutilizzati dagli astronauti.
Al fine di sviluppare una versatile videocamera HD 3D che fornisca in tempo reale immagini ad alta risoluzione e dati di distanza su un ampio angolo per monitorare l’attività umana da una piattaforma robotica a volo libero, Boulder Nonlinear Systems sta costruendo un sensore compatto. Il sistema può tracciare oggetti in rapido movimento, operare da una piattaforma mobile senza sfocatura dell’immagine, raccogliere dati ad alto contrasto, funzionare senza interferenze da altri sensori che operano a stretto contatto e risparmiare energia. Le missioni NASA che necessitano di informazioni 3D in tempo reale, imaging 3D di grandi mercati per la robotica autonoma, scansione 3D remota e riconoscimento di gesti per sistemi di realtà aumentata trarrebbero vantaggio dalla proposta di imager 3D HD a bassa risoluzione SWaP.
Le opportunità di mercato della NASA per le comunicazioni ottiche nello spazio libero richiedono maggiori volumi di dati dalle missioni spaziali, quindi Goodman Technologies propone di progettare un ultraleggero e ultra-stabile RoboSiC telescopio per comunicazioni laser gregoriano (LCT) prodotto additivamente , che è previsto tre volte la riduzione dei costi. I telescopi Robo SiC sono applicabili per il rilevamento di onde gravitazionali, il rilevamento di oggetti scuri e freddi come pianeti extrasolari e asteroidi o anche missioni per studiare il sole, nonché comunicazioni commerciali nello spazio libero, complessi telescopi per astronomia, imaging, sorveglianza e applicazioni di telerilevamento, come antincendio, ricerca e soccorso, monitoraggio atmosferico e oceanico.
Per espandere l’esperienza umana nello spazio, la NASA ha bisogno di sistemi di supporto vitale rigenerabili, soprattutto tute spaziali. Utilizzando la stampa 3D, Advanced Fuel Research prevede di fabbricare assorbenti tracciati contaminanti (TC) strutturati (monolitici) a base di carbonio per la tuta spaziale utilizzata nelle attività extraveicolari (EVA) . La tecnologia sviluppata potrebbe anche trovare applicazioni nella rivitalizzazione aerea a bordo dei sottomarini della marina statunitense, negli aerei commerciali e militari, nei futuri sistemi di climatizzazione per edifici verdi e nei sistemi avanzati di immersioni subacquee.
La NASA ha bisogno di produzione in-space e on-demand di componenti critici, quindi GeoComposites sta sviluppando materie prime ad alta resistenza per la produzione nello spazio di parti ad alta resistenza . Durante la fase I, hanno dimostrato la fattibilità dell’utilizzo di FDM, combinazioni di materie prime ottimizzate e architettura composita per produrre parti ad alta resistenza e durante la seconda fase si espanderanno per far diventare questa tecnologia globale un candidato fattibile per l’alloggio dell’ISS. La tecnologia FDM e le materie prime possono essere utilizzate per schermi di radiazioni strutturali compositi multifunzionali per la protezione di esseri umani ed elettronici durante missioni nello spazio profondo e componenti strutturali per veicoli di trasporto spaziale.
Durante la seconda fase, REM Surface Engineering continuerà a sviluppare la tecnologia per la finitura superficiale post-processo di superleghe a base di nichel (NBS) prodotte in modo additivo , fornendo una soluzione di equipaggiamento per l’elaborazione in outsourcing di componenti per la NASA e altri enti governativi e privati. Il valore NBS è ampio per la NASA, a causa della resistenza meccanica, della resistenza alla deformazione dello scorrimento termico, della stabilità della superficie e della resistenza alla corrosione / ossidazione.
La startup di Silicon Valley Space Foundry progetta di compiere i primi passi verso l’ISM (Printed in-space manufacturing) stampato, con applicazioni che includono la produzione on-demand di dispositivi di accumulo di energia, sensori di gas, biosensori, interconnessioni, antenna RF. In Fase I, l’azienda ha sviluppato una piattaforma di distribuzione del fluido integrata e un driver al plasma su misura per la tecnologia di stampa a getto di plasma diretta in scrittura. Durante la fase II, Space Foundry fornirà un’apparecchiatura per la stampa a getto di plasma a terra completamente in grado di stampare un’ampia gamma di materiali tra cui metalli, semiconduttori, dielettrici e sostanze organiche utilizzando un controllo hardware e software avanzato.
Parabilis Space Technologies desidera sviluppare un nuovo venturi di controllo del flusso e misura cavitazionale, addizionalmente prodotto, regolabile in modo dinamico, in linea, da utilizzare nei test di terra avanzati del sistema di propulsione. Questo design semplifica notevolmente i test di propulsione e riduce i costi nei casi in cui le condizioni di flusso del liquido desiderate non sono state comprese con precisione o coprono una gamma di portate ad alta precisione a vantaggio delle applicazioni della NASA. L’innovazione principale consiste in un esclusivo design a perni flottanti e supporto strutturale associato con prese di pressione integrate che forniscono sia una misurazione della pressione totale a monte della contrazione del tubo di Venturi che una misurazione della pressione della gola di Venturi, facilitando la misurazione della portata integrata e / o determinazione della transizione liquido / vapore.
La NASA ha selezionato 363 proposte di piccole imprese e istituti di ricerca americani
Ames Research Center della NASA, nella Silicon Valley in California, gestisce i programmi SBIR e STTR per la NASA Space Technology Mission Directorate (STMD). STMD è responsabile dello sviluppo delle nuove tecnologie e capacità pioneristiche necessarie all’agenzia per realizzare le sue missioni attuali e future. Molte delle aziende selezionate saranno i primi destinatari di un contratto SBIR o STTR della NASA . Aziende popolari sono state selezionate in precedenza per i premi Phase I e Phase II, come Made In Space, che nel 2014 ha ricevuto una sovvenzione di $ 125.000 per avviare un progetto di recupero / riciclaggio di plastica ABS per stampanti 3D nello spazio sotto i programmi SBIR e STTR . Oppure Fabrisonic usa il suo ibrido processo di stampa 3D in metallo, o UAM, per unire strati di lamina metallica insieme in uno stato solido grazie alle vibrazioni ultrasoniche ad alta frequenza e anche un destinatario di una sovvenzione 2015 nell’ambito dei programmi della NASA. Con così tante sfide di fronte alla prossima frontiera spaziale, la Stazione Spaziale Internazionale, gli astronauti e le astronavi avranno bisogno di più idee per risolvere alcune delle missioni più complesse nello spazio profondo. L’iniziativa dell’agenzia spaziale ha rivoluzionato centinaia di aziende e professionisti, trasformando i sogni in soluzioni rivoluzionarie.