Cosa sono i 3D

Jun 21, 2023

Un razzo stampato in 3D è un veicolo spaziale che presenta componenti prodotti in modo additivo utilizzando la tecnologia di stampa 3D. Rispetto alla maggior parte dei razzi tradizionali, la varietà stampata in 3D è più efficiente nei consumi, più leggera e costruita in una frazione del tempo.

I motori e le cellule dei razzi stampati in 3D possono essere costruiti in un unico pezzo, senza giunture, cuciture o saldature. Il suo processo di produzione additiva semplifica inoltre le pipeline di produzione, richiedendo pochi o nessun utensile e meno parti, consentendo al tempo stesso alle startup aerospaziali di partecipare alla prototipazione rapida.

Un razzo stampato in 3D è un veicolo spaziale funzionale composto in gran parte da parti prodotte in modo additivo.

In questo momento, i razzi stampati in 3D sono sviluppati principalmente come veicoli di lancio satellitare, che trasportano i satelliti e li posizionano in specifiche orbite terrestri basse. Con un maggiore sviluppo, potrebbero eventualmente essere utilizzati per viaggi spaziali con passeggeri a bordo e missioni su Marte.

“Quasi tutto può essere stampato in 3D oggi, e in futuro sarà possibile stampare di più”, ha detto a Built In Ryan Kraft, direttore senior delle prestazioni integrate presso la società missilistica privata Relativity Space. “La sfida è determinare cosa stampare e come integrare al meglio i componenti stampati nel sistema complessivo del veicolo di lancio”.

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La corsa allo spazio è altrettanto competitiva quando è stampata in 3D, con ogni startup che inventa il proprio nuovo approccio man mano che procede. Detto questo, ci sono sette tipi totali di produzione additiva, di cui due sono in testa: la fusione a letto di polvere (in particolare la sinterizzazione laser selettiva) e la deposizione diretta di energia.

Più comunemente, i razzi stampati in 3D e i loro componenti sono realizzati utilizzando un metodo di fusione a letto di polvere noto come sinterizzazione laser selettiva, ha affermato Tony Hoffman, un analista senior che testa e recensisce le stampanti 3D presso PCMag. Durante questo processo, ha spiegato, i laser vengono utilizzati per sciogliere e fondere una polvere metallica che viene distribuita, strato dopo strato, fino a creare l'oggetto desiderato.

Utilizzando il software di progettazione assistita da computer (CAD), il progetto viene caricato, quindi suddiviso in sottili sezioni trasversali. Tali dati vengono quindi trasferiti all'attrezzatura di produzione: una macchina grande e squadrata con una finestra incorporata e un rullo livellatore. Ad ogni passaggio, il rullo passa da un lato all'altro, come un raggio in uno scanner da ufficio, spargendo un sottile strato di materiale in polvere sul vassoio di costruzione. Un laser disegna quindi il disegno secondo le istruzioni programmate utilizzando il calore applicato che lega il materiale. Il vassoio di costruzione si abbassa di un livello e lo strato successivo viene costruito sopra lo strato precedente, ora solidificato (da qui il termine "aggiunta" in "produzione additiva"). Questo processo si ripete fino al completamento del progetto.

Ma come puoi immaginare, una scatola non va bene per tutti quando si tratta di costruire navi delle dimensioni di un razzo. Un'altra tecnica, utilizzata dalla NASA e dalla Relativity, è nota come deposizione diretta di energia.

"Queste stampanti devono essere molto grandi perché i componenti che stanno tentando di produrre sono molto grandi", ha affermato Kurt Anderson, professore di ingegneria meccanica, aerospaziale e nucleare al Rensselaer Polytechnic Institute.

In questo metodo, un braccio robotico multiasse dirige una fonte di energia, come un arco plasma, un laser o un fascio di elettroni, seguendo un modello CAD. Quando l'ugello estrude un filamento, probabilmente una lega metallica leggera che include alluminio o titanio, scioglie il materiale e lo deposita su un vassoio di costruzione girevole.

“Data la forma cilindrica a pareti sottili di molti componenti necessari dei razzi”, ha affermato Anderson, “le stampanti 3D orientate alla costruzione di razzi tenderebbero ad avere manipolatori robotici spaziali che lavorano insieme a una piattaforma girevole centrale molto grande”.

In questo modo, i rendering digitali possono essere trasformati in componenti fisici e funzionali in scala, con le limitazioni legate alla dimensione della base e alla camera in cui viene costruito un pezzo.

I serbatoi dell’ossidante, i serbatoi del propellente, le campane degli ugelli del motore, i corpi esterni del razzo e alcune tubazioni sono tutti componenti di un razzo che si prestano ad essere stampati in 3D, ha detto Anderson. Fanno parte della lista anche camere di combustione, iniettori, pompe e valvole.