La prima stampante 3D in metallo al mondo per lo spazio è in viaggio verso la ISS

Francesco
11 feb 2024
Tempo di lettura: 4 min

La prima stampante 3D in metallo per lo spazio, sviluppata da Airbus* per l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), sarà presto testata a bordo del modulo Columbus della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Potrebbe essere un vero punto di svolta per la produzione nello spazio e per le future missioni sulla Luna o su Marte.

La produzione additiva (AM) è un processo industriale che ha aperto nuovi modi di guardare al modo in cui le parti vengono progettate. Ha molti usi, da quelli quotidiani a quelli sorprendenti: dalle semplici riparazioni agli impianti di bio-inchiostro, dalla stampa di intere case alla produzione di parti di veicoli spaziali.

La stampa 3D in metallo semplifica la vita degli astronauti

A bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ci sono già diverse stampanti 3D in plastica, la prima delle quali è arrivata nel 2014. Gli astronauti li hanno già utilizzati per sostituire o riparare parti in plastica, poiché uno dei maggiori problemi della vita quotidiana nello spazio è l'approvvigionamento delle attrezzature, che possono richiedere mesi per arrivare. Ma non tutto può essere fatto di plastica...

Questo vincolo logistico si intensificherà sulle future stazioni lunari e marziane nei prossimi decenni. Anche se la materia prima deve ancora essere lanciata, la stampa del pezzo è ancora più efficiente rispetto al trasporto intero fino alla sua destinazione finale.

Gwenaëlle Aridon, Airbus Space Assembly lead engineer, ha dichiarato: "La stampante 3D in metallo porterà nuove capacità di produzione in orbita, inclusa la possibilità di produrre parti strutturali portanti che sono più resistenti di un equivalente in plastica. Gli astronauti saranno in grado di produrre direttamente strumenti come chiavi inglesi o interfacce di montaggio in grado di collegare diverse parti tra loro. La flessibilità e la rapida disponibilità della stampa 3D miglioreranno notevolmente l'autonomia degli astronauti".

Le sfide della stampa di metallo nello spazio

Mentre il processo di stampa 3D è stato padroneggiato sulla Terra, la stampa di metallo nello spazio presenta una serie di sfide tecniche. Sébastien Girault, ingegnere di sistema di stampanti 3D in metallo presso Airbus, spiega. "La prima sfida con questo dimostratore tecnologico è stata la dimensione. Sulla Terra, le attuali stampanti 3D in metallo sono installate in un laboratorio di almeno dieci metri quadrati", dice. Per creare il prototipo della ISS, abbiamo dovuto ridurre la stampante alle dimensioni di una lavatrice". Questa miniaturizzazione è necessaria per poter essere inserita all'interno del rack in cui sarà alloggiata la stampante a bordo del laboratorio Columbus della ISS. "A queste dimensioni, siamo in grado di stampare parti con un volume di nove centimetri di altezza e cinque centimetri di larghezza", afferma Girault.

La seconda sfida è la sicurezza: proteggere la ISS dall'ambiente di stampa aggressivo causato dal laser e dal calore che genera. La stampante si trova in una scatola di metallo sigillata, che funge da cassaforte. Il punto di fusione delle leghe metalliche compatibili con questo processo può essere di gran lunga superiore a 1.200 °C rispetto ai circa 200 °C della plastica, il che implica un drastico controllo termico.

"Anche la gestione della gravità è fondamentale, ed è per questo che abbiamo scelto la tecnologia di stampa a filo. Il filo è indipendente dalla gravità, a differenza del sistema a polvere, che deve sempre cadere a terra", afferma Girault.

Che si tratti di plastica o di metallo, vengono emessi fumi che devono essere trattati dai filtri e catturati all'interno della macchina in modo che non contaminino l'aria all'interno della ISS. "La sicurezza e la contaminazione sono fattori chiave per noi non solo per la ISS, ma per l'uso futuro sulla Luna", afferma Aridon.

La stampa su metallo è adatta a un ambiente in microgravità?

Questa è una delle domande a cui il team si propone di rispondere. Per questo esperimento verranno utilizzate due stampanti: il 'modello di volo' all'interno della ISS; e il "modello ingegneristico" sulla Terra. Gli astronauti stamperanno quattro campioni nello spazio, che saranno inviati sulla Terra per l'analisi. Gli stessi esemplari saranno prodotti utilizzando la stampante per modelli ingegneristici. «Al fine di valutare gli effetti della microgravità, l'ESA e l'Università tecnica danese eseguiranno test di resistenza meccanica e di flessione e analisi microstrutturali sulle parti realizzate nello spazio e le confronteranno con gli altri campioni», spiega Girault.

La Luna nel mirino

La stampa 3D in metallo a bordo della ISS contribuirà a migliorare la comprensione della qualità della stampa in metallo in orbita e fornirà preziose informazioni sul funzionamento di una stampante 3D in metallo nello spazio. La stampa di parti strutturali nello spazio è un passo importante nella preparazione delle tecnologie di cui l'umanità avrà bisogno per una presenza duratura sulla Luna.

«Aumentare il livello di maturità e automazione della produzione additiva nello spazio potrebbe essere un punto di svolta per sostenere la vita oltre la Terra», sottolinea Aridon. "Pensando al di là della ISS, le applicazioni potrebbero essere sorprendenti. Immaginate una stampante di metalli che usa la regolite trasformata [polvere lunare] o materiali riciclati per costruire una base lunare!"

La stampante 3D in metallo è stata sviluppata da un consorzio composto da Airbus Defence and Space, AddUp, Cranfield University e Highftech Engineering, nell'ambito di un programma finanziato dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il parere qui espresso non può in alcun modo essere interpretato come espressione dell'opinione ufficiale dell'ESA.

Cifre chiave:

Dimensioni della stampante: 80 x 70 x 40 cm
Dimensioni delle parti stampate: 9 x 5 cm
Materia prima utilizzata: filo di acciaio inossidabile
Utilizzo: per riparare o produrre utensili, interfacce di montaggio e parti meccaniche
Numero di parti da stampare nello spazio: 4 campioni
Tempo necessario per stampare una parte: circa 40 ore