Made in space: additivo in orbita

Gli sviluppi nella tecnologia di stampa 3D potrebbero rendere la produzione fuori dal pianeta una realtà prima piuttosto che dopo. Lo riferisce Stuart Nathan

Lo spazio, come dissero in modo così memorabile i Capitani Kirk e Picard, è l'ultima frontiera. E non solo per l'esplorazione. Man mano che i piani per la presenza umana nel sistema solare diventano sempre più sviluppati, i ricercatori sono sempre più alla ricerca di modi per espandere nello spazio aree di attività umana fino ad allora legate alla terra. Come analizzato in una recente conferenza al Manufacturing Technology Center di Coventry, un settore è quello manifatturiero.

Si sta studiando un’area molto specifica della produzione: costruire veicoli spaziali e oggetti di cui gli esploratori umani potrebbero aver bisogno nelle loro missioni (che durino cinque anni o anche di più), come rifugi, habitat e strumenti, nello spazio. Si comincia già a studiarne le prime fasi: l'assemblaggio in orbita di veicoli spaziali ha avuto un notevole successo tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90, con la costruzione della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) da moduli trasportati dai lanciatori russi e dallo Space Shuttle e assemblati mediante manovre di attracco autonome o da equipaggi di astronauti.

La logica alla base della produzione fuori dal pianeta è la stessa della strategia di costruzione della ISS: è più facile costruire oggetti di grandi dimensioni e dalla forma scomoda in situ che costruirli sulla Terra e lanciarli in orbita. Non devono resistere alle vibrazioni e ai rigori del lancio, né essere imballati per un trasporto sicuro. L’unica cosa che conta è la massa delle materie prime da trasportare.

Questo, ovviamente, è teorico. Potrebbe essere più semplice, ma il compito di costruire effettivamente qualcosa deve ancora essere superato e, fino a tempi relativamente recenti, pochissime delle tecniche di produzione consolidate erano adatte (o pratiche) per l’uso in condizioni di microgravità.

Le precedenti incursioni dell'Ingegnere in questo settore riguardavano tecniche come l'estrusione di plastica per realizzare lunghi bracci, ma mancava completamente la capacità di costruire i principali moduli dei veicoli spaziali.

La situazione è stata cambiata dall’emergere di tecniche di produzione additiva, che prendono forme molto semplici di materie prime, come polvere o filo, e le trasformano in forme geometriche tridimensionali relativamente complesse. Ciò consentirebbe di costruire strutture complesse nello spazio, con la necessità di trasportare in orbita materie prime in forma compatta.

Secondo Tony Mears dell'Agenzia spaziale britannica, "[la produzione additiva] ha il potenziale per rivoluzionare la produzione spaziale come nessun'altra cosa. Dall'eliminazione dei costi dei macchinari tradizionali alla realizzazione di nuovi progetti, la produzione additiva sta cambiando il modo in cui ci avviciniamo agli strumenti ottici" , specchi, persino motori a razzo. L'Agenzia spaziale britannica ha finanziato progetti in tutti questi ambiti fino al TRL medio (livello di preparazione tecnologica) e tutti hanno un futuro promettente davanti a sé nelle applicazioni commerciali."

Non tutte le tecniche additive sono adatte all’uso nello spazio. La tecnica più comunemente chiamata stampa 3D, produzione additiva di strati con letto di polvere – in cui un laser viene utilizzato per fondere una polvere di metallo o polimero per costruire un oggetto fetta per fetta – non è adatta. Il professor Richard Hague, direttore del centro per la produzione additiva dell'Università di Nottingham, ha spiegato a The Engineer che in assenza di gravità sarebbe impossibile consolidare un letto di polvere all'interno di una stampante 3D e, quindi, la tecnica sarebbe impossibile .

Una tecnica che si sta rivelando promettente, tuttavia, è la produzione additiva filo + arco (WAAM). Derivato dalla saldatura, utilizza un effettore ad arco elettrico montato sul braccio del robot per depositare il metallo da un filo, in qualunque forma il braccio effettore sia programmato per descrivere. Poiché è semplice per un tale sistema muoversi in cerchio, è particolarmente adatto alla realizzazione di cilindri e sfere con estremità arrotondate, entrambe forme comunemente utilizzate per veicoli spaziali e habitat. I serbatoi progettati per contenere gas pressurizzati hanno molto comunemente la forma questa.