Il Centro aerospaziale tedesco DLR è pronto a testare la tecnologia PBF in metallo in condizioni zero-G

DLR, il Centro aerospaziale tedesco, si sta preparando a lanciare un volo parabolico che testerà un sistema di produzione additiva per fusione a letto di polvere di metallo completamente nuovo per condizioni zero-G che è in fase di sviluppo dal 2017. La macchina si basa su un principio collaudato e progettato come carico utile per un razzo di ricerca. Sarà lanciato a bordo di un razzo MAPHEUS per la prima volta nel 2020.

L’oggetto del progetto di ricerca DLR è il processo SLS / SLM (Selective Laser Sintering o Selective Laser Melting), in cui il componente desiderato è formato da singoli strati di polvere metallica usando un raggio laser focalizzato strato per strato. La gamma di materiali possibili è molto ampia usando questo processo, anche se a volte le regolazioni ai diversi parametri della macchina richiedono una serie complessa di misurazioni.

Una delle maggiori sfide presentate da questo processo nella preparazione alla gravità più bassa, fino alle condizioni di assenza di gravità, è la manipolazione della polvere di metallo. Ciò include l’applicazione mirata di uno strato di polvere densamente imballato con spessore uniforme, poiché questi parametri determinano la qualità e le proprietà del materiale del componente finito. Questo strato deve inoltre rimanere stabile sul piano di stampa fino al completamento del processo laser e all’applicazione del livello successivo. Per raggiungere questo obiettivo, viene applicato un flusso di gas e la polvere individuale viene effettivamente “aspirata” sul letto di stampa. Questo metodo di stabilizzazione della polvere attraverso un intervallo di pressione è già stato testato in più varianti su precedenti voli parabolici e mostra un alto livello di affidabilità.

Questa unità di produzione additiva di nuova concezione per il prossimo esperimento è completamente automatizzata, ha un approvvigionamento energetico indipendente, è abbastanza robusta da resistere ai carichi che si verificano durante il lancio di un razzo ed è leggera. Il processo di produzione può essere monitorato da terra utilizzando una connessione di telemetria. Il carico utile del razzo e la stazione di terra funzioneranno fianco a fianco durante il volo parabolico. Oltre a testare l’hardware per la prima volta in assenza di gravità, l’esperimento studierà anche l’ottimizzazione dei parametri di sistema per materiali diversi e più impegnativi, come i vetri di metallo solido.

La produzione additiva, nota anche come stampa 3D, offre una vasta gamma di opzioni per la produzione di componenti da materiale liquido, in polvere o a forma di filamento. Materiali di tutte le classi, compresi metalli, plastica e ceramica, ma anche materiali compositi, possono essere stampati in 3D. La maturità tecnica del mercato è stata raggiunta per sempre più materie prime.

I vantaggi di questo gruppo di metodi produttivi dipendono fortemente dal processo utilizzato e dall’applicazione. Tutto sommato, la produzione additiva può essere utilizzata per produrre un gran numero di componenti o strumenti dallo stesso materiale di partenza, in modo molto flessibile e rapido. Tuttavia, uno dei vantaggi più importanti per l’utilizzo di AM nello spazio è la capacità di produrre parti sul posto, nel punto desiderato. Di conseguenza, le applicazioni nei viaggi nello spazio – nell’orbita terrestre o oltre, ad esempio sulle basi della Luna o di Marte e durante i voli per arrivarci – saranno di grande interesse per il futuro.

Tali processi produttivi, anche se ben collaudati e pronti per il mercato terrestre, non sono affatto semplici da adattare a condizioni di gravità ridotte. Da un lato, ci sono requisiti fondamentalmente diversi per l’hardware delle corrispondenti macchine di produzione, dall’altro, ci sono spesso materiali più sofisticati che vengono utilizzati nei viaggi nello spazio.