Aerospaziale

Il JPL della NASA fornisce maggiori dettagli sulle parti metalliche stampate in 3D di Perseverance Rover

Ora in rotta verso Marte

La NASA sta esplorando la produzione additiva per costruire motori a razzo e potenziali avamposti sulla Luna e su Marte. Più vicina una pietra miliare diversa: il rover Perseverance, che atterrerà sul Pianeta Rosso il 18 febbraio 2021, trasporta 11 parti metalliche realizzate con la stampa 3D (alcune delle quali sono state prodotte da Carpenter Technology come abbiamo riportato in questa intervista esclusiva per l’eBook sui fornitori di servizi AM Focus 2020 di 3dpbm).

L’utilizzo della stampa 3D consente agli ingegneri di giocare con design e caratteristiche uniche, come rendere l’hardware più leggero, resistente o reattivo al caldo o al freddo. “È come lavorare con la cartapesta”, ha detto Andre Pate, responsabile del gruppo per la produzione additiva presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. “Costruisci ogni funzionalità strato per strato e presto avrai una parte dettagliata”.

Curiosity, il predecessore di Perseverance, è stata la prima missione a portare la stampa 3D sul Pianeta Rosso. È atterrato nel 2012 con una parte in ceramica stampata in 3D all’interno dello strumento Sample Analysis at Mars (SAM) del rover. Da allora la NASA ha continuato a testare la stampa 3D per l’uso nei veicoli spaziali per assicurarsi che l’affidabilità delle parti sia ben compresa.

In quanto “strutture secondarie”, le parti stampate di Perseverance non metterebbero a repentaglio la missione se non funzionassero come previsto, ma come ha detto Pate, “Portare queste parti su Marte è un’enorme pietra miliare che apre un po’ di più la porta alla produzione additiva in l’industria spaziale”.

Un guscio per PIXL

Delle 11 parti stampate che andranno su Marte, cinque sono nello strumento PIXL di Perseverance. Abbreviazione di Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry, il dispositivo delle dimensioni di un cestino del pranzo aiuterà il rover a cercare segni di vita microbica fossilizzata sparando raggi X sulle superfici rocciose per analizzarli.

PIXL condivide lo spazio con altri strumenti nella torretta rotante da 88 libbre (40 chilogrammi) all’estremità del braccio robotico del rover lungo 2 metri. Per rendere lo strumento il più leggero possibile, il team JPL ha progettato il guscio in titanio in due pezzi di PIXL, un telaio di montaggio e due montanti di supporto che fissano il guscio all’estremità del braccio in modo che siano cavi ed estremamente sottili. In effetti, le parti, che sono state stampate in 3D da un venditore chiamato Carpenter Additive, hanno una massa tre o quattro volte inferiore rispetto a se fossero state prodotte in modo convenzionale.

“In un senso molto reale, la stampa 3D ha reso possibile questo strumento”, ha affermato Michael Schein, il principale ingegnere meccanico di PIXL al JPL. “Queste tecniche ci hanno permesso di ottenere una massa ridotta e un puntamento di alta precisione che non potevano essere realizzati con la fabbricazione convenzionale”.

MOXIE alza il fuoco

Le altre sei parti stampate in 3D di Perseverance possono essere trovate in uno strumento chiamato Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, o MOXIE. Questo dispositivo testerà la tecnologia che, in futuro, potrebbe produrre quantità industriali di ossigeno per creare propellente per razzi su Marte, aiutando gli astronauti a tornare sulla Terra.

Per creare ossigeno, MOXIE riscalda l’aria marziana fino a quasi 1.500 gradi Fahrenheit (800 gradi Celsius). All’interno del dispositivo sono presenti sei scambiatori di calore: piastre in lega di nichel delle dimensioni di un palmo che proteggono le parti chiave dello strumento dagli effetti delle alte temperature.

Mentre uno scambiatore di calore lavorato convenzionalmente dovrebbe essere composto da due parti e saldato insieme, MOXIE è stato stampato in 3D come un unico pezzo presso la vicina Caltech, che gestisce JPL per la NASA.

“Questi tipi di parti in nichel sono chiamati superleghe perché mantengono la loro resistenza anche a temperature molto elevate”, ha detto Samad Firdosy, ingegnere dei materiali presso JPL che ha contribuito a sviluppare gli scambiatori di calore. “Le superleghe si trovano tipicamente nei motori a reazione o nelle turbine di generazione di energia. Sono davvero bravi a resistere alla corrosione, anche quando sono molto caldi”.

Sebbene il nuovo processo di produzione offra praticità, ogni strato di lega depositato dalla stampante può formare pori o crepe che possono indebolire il materiale. Per evitare ciò, le piastre sono state trattate in una pressa isostatica a caldo – un frantoio a gas – che riscalda il materiale a oltre 1.832 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius) e aggiunge una pressione intensa in modo uniforme intorno alla parte. Quindi, gli ingegneri hanno utilizzato microscopi e numerosi test meccanici per controllare la microstruttura degli scambiatori e assicurarsi che fossero adatti per il volo spaziale.

“Amo davvero le microstrutture”, ha detto Firdosy. “Per me vedere quel tipo di dettaglio mentre il materiale viene stampato e come si evolve per creare questa parte funzionale che sta volando su Marte – è molto bello”.

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version. Inoltre sono Senior Analyst di SmarTech Analysis, una delle più importanti realtà al mondo attive nella rilevazione di dati e previsioni di mercato relative ai vari segmenti verticali dell'industria della manifattura additiva.

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