Windform of change: la stampa 3D CRP democratizza lo spazio

Di solito pesano meno di 2 kg, i microsatelliti possono essere piccoli, ma stanno avendo un grande impatto nel mondo aerospaziale. I satelliti in miniatura, compatti e facili da lanciare, sono oggi utilizzati da enti commerciali, governativi, militari e civili per molteplici scopi, dal monitoraggio dell’inquinamento da elettrosmog, al miglioramento delle telecomunicazioni, alla raccolta di dati, alla cattura di segnali ad alta frequenza immagini della Terra dallo spazio. Ma cosa c’è dietro la recente proliferazione e il successo di questi piccoli dispositivi? Per prima cosa, i satelliti in miniatura offrono enormi vantaggi rispetto a quelli più grandi (come costi di lancio molto meno costosi) e sono resi possibili dalla continua tendenza alla miniaturizzazione nell’elettronica. Ma c’è anche un altro fattore che rende possibile e accessibile il loro sviluppo: la tecnologia di produzione additiva.

I materiali compositi Windform di grado ingegneristico del Gruppo CRP per il processo di fusione a letto di polvere hanno aperto nuove opportunità per lo sviluppo di mini satelliti a basso costo che soddisfano i rigori dell’uso nello spazio. I materiali rinforzati con fibra di vetro e carbonio dell’azienda sono stati sviluppati pensando alle applicazioni aerospaziali.

CRP technology collabora da tempo con leader del settore aerospaziale come JAXA, l’agenzia giapponese per l’esplorazione aerospaziale), con alcuni gradi che resistono con successo alla forza G e soddisfano gli standard di degassamento della NASA e dell’ESA. Come vedremo più in dettaglio, i materiali Windform sono importanti per la produzione di mini satelliti, come dimostra il fatto che molti satelliti Windform sono stati lanciati nel corso degli anni e sono ancora in orbita con successo.

Windform e l’ascesa dei satelliti in miniatura

CRP Technology, con sede in Italia, e la sua consociata CRP USA, negli ultimi anni sono diventati partner importanti per una serie di leader e agenzie aerospaziali. Questo grazie alla gamma speciale di materiali compositi Windform per PBF di CRP, che offre la robustezza e la durata necessarie per le applicazioni nello spazio, come i satelliti in miniatura, così come le applicazioni all’interno della nostra stratosfera, come i sistemi UAS/UAV e i componenti innovativi dei motori aeronautici (ne parleremo più avanti).

I componenti pronti per lo spazio di CRP sono stati utilizzati per lo sviluppo e la produzione di dispiegatori e satelliti in miniatura dalle agenzie spaziali nazionali, tra cui Nasa e Jaxa, nonché dai leader del settore aerospaziale. È interessante notare che i prodotti dell’azienda si sono evoluti parallelamente alle applicazioni CubeSat: con molte nuove Windform materiali emersi negli ultimi anni per soddisfare la crescente gamma di esigenze provenienti da applicazioni aerospaziali e aree limitrofe. Solo per il settore aerospaziale, l’azienda offre sette materiali compositi di livello industriale, che hanno una serie di proprietà vantaggiose, come proprietà conduttive o isolanti, nonché resistenza al degassamento. In combinazione con la precisione dei processi di fusione a letto di polvere, i materiali sono ideali per creare strutture robuste e dettagliate ottimizzate per adattarsi a vari strumenti e tecnologie in uno spazio compatto.

Ad esempio, CRP Technology e CRP USA hanno stabilito partnership con la società aerospaziale scozzese Alba Orbital, che sta costruendo e lanciando i Picosatelliti più avanzati al mondo, e Mini-Cubes LLC con sede in Pennsylvania, specializzata nello sviluppo di satelliti PocketQube per l’osservazione e le comunicazioni missioni. Il primo si basa su un dispositivo stampato in 3D, AlbaPod v2, per schierare in orbita i satelliti PocketQube. Il deployer è prodotto da CRP Technology ed è realizzato in Windform XT 2.0, un materiale composito in poliammide rinforzato con fibra di carbonio. È stato utilizzato con successo in quattro missioni per lanciare in orbita 25 payload PocketQube e oggi AlbaPod v2 è l’unico deployer PocketQube operativo e collaudato sul mercato.

Windform XT 2.0 offre le proprietà del materiale ideali per i mini-satelliti, con elevata resistenza alla trazione, resistenza agli urti, resistenza al degassamento e resistenza alla pressione dell’aria e ai fluidi. La gamma di materiali compositi Windform si caratterizza inoltre per essere estremamente bassa densità e leggerezza (soprattutto rispetto a metalli con resistenza e durata comparabili). Questo è fondamentale perché i costi di lancio sono in gran parte basati sul peso del carico utile, quindi più leggero è il CubeSat, più facile ed economico sarà l’implementazione.

Rispetto ad altri processi di stampa 3D, come FDM, SLA (e persino SLS non composito), i materiali Windform e la tecnologia PBF di CRP offrono anche diversi vantaggi, tra cui la capacità di produrre parti più resistenti e durevoli certificate per resistere alle sollecitazioni ambientali dello spazio. I componenti Windform sono stati sottoposti con successo a una serie di stress test, tra cui fino a 14 kg di vibrazioni casuali lungo tutti e tre gli assi e cicli di aspirazione termica compresi tra -40 e 80 gradi Celsius. I materiali Windform dimostrano anche la conformità al degassamento e sono adatti per l’uso con elettronica, come PCB, batterie e antenne. Windform LX ha specificamente proprietà isolanti, che lo rendono particolarmente adatto per custodie elettroniche.

Applicazioni satellitari Windform

Abbiamo parlato molto di come Windform stampato in 3D viene utilizzato per satelliti e dispiegatori in miniatura, ma è interessante sapere esattamente quali parti vengono stampate in 3D e perché. Un uso comune della tecnologia di stampa 3D di CRP è la creazione di strutture complesse in grado di adattarsi all’elettronica in modo sicuro e confortevole. “La complessità del cablaggio tra più schede in un satellite compatto è stata una sfida che Windform ha superato”, spiega l’azienda.

Nel satellite TuPOD, ad esempio, CRP USA ha stampato in 3D un cilindro liscio senza cavità ad eccezione di una sezione inferiore separata progettata specificamente per ospitare una singola scheda con l’elettronica. Grazie al design stampato in 3D e alla forza di Windform XT 2.0, la scheda elettronica è adeguatamente protetta dai danni che potrebbero verificarsi durante il processo di integrazione di TubeSat.

CRP ha anche assistito nella produzione di componenti personalizzati stampati in 3D per la recente missione aerospaziale dell’Oregon pianificata dalla Portland State Aerospace Society (PSAS). L’obiettivo finale era sviluppare parti a prova di vuoto che potessero adattarsi efficacemente a più componenti elettronici in uno spazio ridotto, isolandoli al contempo. Utilizzando il materiale non conduttivo Windform LX, PSAS è stato in grado di creare un alloggiamento che soddisfacesse le esigenze di densità di impacchettamento di un’antenna a tre bande e quattro elementi.

“Non conosciamo nessun altro satellite con questo tipo di densità di antenne”, ha affermato un membro del team PSAS. “Siamo rimasti assolutamente entusiasti di trovare Windform LX di CRP. Ha assolutamente cambiato il modo in cui progettiamo tutte le parti del nostro satellite”. I materiali compositi ad alte prestazioni di CRP sono stati utilizzati anche per produrre componenti strutturali per satelliti in miniatura di prossima generazione.

Democratizzare lo spazio

L’uso dei materiali Windform e della stampa 3D ha svolto un ruolo importante nella proliferazione di satelliti in miniatura, aiutando i sistemi orbitali a progredire da una tecnologia di nicchia riservata a organizzazioni di ricerca ben finanziate e agenzie spaziali a una più accessibile a tutti. Questa democratizzazione della tecnologia spaziale AM ​​ha il potenziale per trasformare paesi e aziende allo stesso modo, poiché consente un accesso senza precedenti a informazioni e approfondimenti sul nostro mondo. CRP immagina un futuro in cui l’esplorazione dello spazio si espande grazie all’ampia disponibilità di specifici materiali e tecnologie di produzione additiva. I satelliti in miniatura fanno parte di questo progresso e oggi i piccoli dispositivi possono essere utilizzati per una serie di scopi, dalla semplice osservazione alla raccolta e all’esplorazione di dati più complessi.

“L’uso della tecnologia di stampa 3D in Windform ha rivoluzionato e democratizzato lo sviluppo di micro e nanosatelliti”, afferma CRP. “Questi satelliti sono caratterizzati dalla loro massa ridotta, dall’elevata standardizzazione e dall’uso di componenti commerciali, che riducono notevolmente i costi e i tempi di sviluppo”.

In particolare, lo sviluppo di satelliti in miniatura è solo uno dei settori dell’industria aerospaziale in cui il Gruppo CRP sta svolgendo un ruolo importante.

Gli aerei di nuova generazione consentono la sostenibilità

I materiali Windform del Gruppo CRP vengono utilizzati anche per sbloccare una nuova generazione di velivoli progettati con l’efficienza come priorità. L’integrazione di componenti Windform all’avanguardia in questi velivoli ha portato a miglioramenti significativi. In un caso d’uso, i componenti del motore stampati in 3D hanno svolto un ruolo chiave nella produzione di un motore aeronautico con un aumento dell’efficienza del 10% rispetto ai motori altamente efficienti esistenti. Questo risultato rappresenta un’importante pietra miliare negli sforzi in corso per migliorare le prestazioni e la sostenibilità dei velivoli moderni.

“I principali risultati del progetto sono stati la resistenza e la leggerezza delle parti, nonché la loro snellezza”, afferma l’azienda. “Per la prima volta, i componenti del motore sono stati testati e approvati per la loro capacità di migliorare le prestazioni di velocità riducendo rumori e attriti”. Il caso d’uso, i cui dettagli sono per lo più sconosciuti, è stato sottoposto con successo a un lungo e complesso processo e ora sta entrando nella fase successiva delle consegne di produzione regolari.

UAS e UAV sono un altro importante verticale per il Gruppo CRP e l’azienda offre i suoi servizi per la produzione di strutture pronte per il volo, parti leggere come staffe e sistemi di propulsione, parti di ricambio, telecomandi e altro ancora.

In definitiva, la tecnologia del Gruppo CRP e in particolare i suoi robusti materiali Windform sono ben posizionati per sbloccare applicazioni aerospaziali per una più ampia gamma di organizzazioni, ricercatori e startup, contribuendo a inaugurare una nuova era.