Produzione di spazio per microgravità: la stampa 3D basata su goccioline mostra un grande potenziale
Nel recente ” Soppressione degli effetti di gravità sulla produzione di deposizione di gocce metalliche da parte di un campo elettrico antigravità “, i ricercatori della Northwestern Polytechnical University esplorano una maggiore complessità nella stampa 3D di metalli.
La stampa 3D basata su goccioline è una tecnica che offre un grande potenziale, ma la fabbricazione nello spazio porta la sfida a un livello innegabilmente estremo. Questo studio offre grande rilevanza al problema della manutenzione delle parti nello spazio e in particolare alla Stazione Spaziale Internazionale . Molte parti devono essere sostituite lì, ma ovviamente questa non è un’impresa facile in tale isolamento.
Realisticamente, l’idea migliore è quella di creare parti nello spazio (ecco dove la stampa 3D entra in scena) o mantenerle indefinitamente. Nello spazio sono state utilizzate varie stampanti 3D diverse, sebbene i ricercatori ci ricordino che la polvere non è un materiale adatto poiché le particelle semplicemente fluttuerebbero via. Dichiarano inoltre che è necessario un nuovo tipo di stampa 3D per lo spazio, poiché finora nessuno ha avuto molto successo.
Con la stampa basata su goccioline, è disponibile un’ampia selezione di materiali, tra cui:
Inchiostro funzionale
Cera
Saldatura a stagno
Alluminio
Rame
Oro
I processi possono essere testati in gravità normale in anticipo, ma i ricercatori hanno dovuto imitare uno stato anti-gravità.
“Il deposito perpendicolare di goccioline su substrati verticali potrebbe essere un approccio efficace perché la velocità di impatto delle goccioline è separata dalla gravità in direzione orizzontale. In altre parole, le goccioline non rispondono alla gravità nella direzione della deposizione “, hanno affermato i ricercatori.
“Tuttavia, c’erano ancora delle sfide, poiché le goccioline venivano proiettate orizzontalmente a causa della gravità, della diffusione e persino dello scivolamento. È stato necessario per i ricercatori manipolare ulteriormente la traiettoria di volo, creando un campo elettrico antigravità per un corretto impatto del substrato, con goccioline realizzate tramite un generatore orizzontale. “
I ricercatori spiegano che il posto migliore per una gocciolina, in definitiva, è il punto di flesso della sua traiettoria: consentire alla velocità di rallentare a zero, eliminando qualsiasi effetto inerziale.
“… questo lavoro dimostra che le goccioline potrebbero avere un impatto su un substrato verticale che è lontano dall’ugello contro la gravità sotto la manipolazione della forza elettrica. Questa scoperta sarebbe preziosa per la simulazione della deposizione di goccioline sotto microgravità ”, concludono i ricercatori.
“Questi risultati sperimentali aprono la strada a un approccio di produzione additiva applicabile nello spazio. Il presente lavoro è un lavoro pionieristico per la produzione spaziale basata su goccioline, la stampa di un pezzo con elevata precisione di formatura, buona rugosità superficiale e bassa porosità sotto vuoto e microgravità sarà l’obiettivo della nostra futura ricerca. “
Traiettorie teoriche ed sperimentali in (a) tensione di carica 951 V e tensione di deflessione 1200 V – 1500 V; (b) tensione di deflessione 1700 V e tensione di carica 517–951 V. I simboli rappresentano i dati sperimentali (abbreviati come Exp), le curve rappresentano i dati teorici (abbreviati come Modello) e le curve punto-punto corte rappresentano la traiettoria media (abbreviato come medio). 
(a) Impostazione della ricarica e della deflessione delle goccioline; (b) traiettoria di volo di una goccia sotto tensione di carica Uc = 951 V e tensione di deflessione Ud = 1250 V. 