Stampante 3D in metallo costruita da AddUp per essere sottoposta a test di microgravità sulla ISS

Il produttore francese di stampanti 3D industriali AddUp ha rivelato che un nuovo sistema che ha contribuito a sviluppare sarà lanciato in orbita per i test a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Lavorando nell’ambito del progetto “Metal3D” dell’Agenzia spaziale europea (ESA), AddUp ha costruito la struttura interna e i meccanismi di una macchina, progettata specificamente per la stampa 3D di parti metalliche nello spazio. A differenza dei normali sistemi basati su letto di polvere, si dice che il dimostratore elabori il materiale di alimentazione del filo fissato al suo telaio, impedendogli di fluttuare via e consentendo all’unità di funzionare in condizioni di microgravità.

Un rendering di un sistema Metal3D simulato utilizzato dagli astronauti. Immagine tramite AddUp.

Portafoglio di stampa terrestre di AddUp

Negli ultimi sei anni, AddUp ha creato un portafoglio attorno a due delle principali tecnologie di stampa 3D in metallo del settore: Powder Bed Fusion (PBF) e Directed Energy Deposition (DED). Nel caso del primo, l’azienda ha lanciato il suo sistema di punta FormUp 350 proprio l’anno scorso, una macchina progettata specificamente per soddisfare le sfide della produzione industriale come sicurezza, produttività e qualità.

Da allora, AddUp ha installato FormUp 350 presso la Ohio State University, dove studenti e personale hanno iniziato a lavorare su come ottimizzarne le prestazioni. L’azienda ha inoltre rilasciato di recente tre nuovi pacchetti di monitoraggio del processo, per rafforzare le capacità della macchina. Composta da dashboard AddUp, Recoat Monitoring e Meltpool Monitoring, la suite è progettata per fornire agli utenti una maggiore fiducia nella qualità delle parti e sbloccare il potenziale di utilizzo finale del sistema.

In termini di lato DED della sua attività, AddUp ha ereditato gran parte della sua offerta dall’acquisizione di BeAM Machines nel giugno 2018. Ancora venduto con il marchio sportivo BeAM, le stampanti 3D Modulo 250 e Modulo 400 dell’azienda presentano versioni leggermente diverse della tecnologia, con il primo orientato verso applicazioni di ricerca e sviluppo e il secondo con specifiche potenziate che si dice conferisca capacità di livello industriale.

Utilizzando la sua gamma di macchine DED e PBF, quasi 40 delle quali sono state installate nelle sue basi francesi a Strasburgo e Salon de Provence, AddUp continua a cercare nuove applicazioni. Anche se in precedenza questo ha portato l’azienda alla periferia del settore aerospaziale e ha sviluppato parti come scambiatori di calore, il suo progetto ESA ora vede costruire una stampante 3D orbitale in piena regola.

Gli ingegneri CDME utilizzano la stampante 3D AddUp appena installata.
Ingegneri presso CDME che utilizzano una stampante 3D AddUp FormUp. Foto tramite AddUp.

Prova di una stampante 3D orbitale in metallo

Lanciato dall’ESA, con l’obiettivo di creare il primo sistema al mondo in grado di stampare 3D con leghe in orbita, il progetto Metal3D lo vedrà collaborare con vari partner per identificare l’impatto della microgravità sulle proprietà delle parti prodotte.

Per raggiungere questo obiettivo, l’ESA ha commissionato la costruzione di due dimostratori identici, uno in costruzione e operato a Tolosa insieme ad Airbus, e l’altro lanciato sul modulo Columbus della ISS. Naturalmente, al fine di consentire un’accurata valutazione delle condizioni orbitali sui componenti stampati in metallo, il sistema è stato sviluppato per funzionare sia sulla Terra che in condizioni di microgravità.

Altri partner incaricati di consentire al programma di raggiungere i suoi obiettivi, includono un team della Cranfield University, che sta supervisionando i sistemi di consegna dell’energia e dei materiali dell’unità, e Highftech, uno specialista di ricerca e sviluppo che si occupa inoltre della costruzione dell’involucro della macchina alla sua gestione fluida.

Per la sua parte nella missione, AddUp non ha solo sviluppato alcuni degli interni dell’unità, ma il controllore logico programmabile (PLC) utilizzato per controllarla, nonché l’interfaccia che le consentirà di comunicare. Secondo Alexandre Piaget, ingegnere di ricerca e sviluppo di AddUp, l’azienda ha anche svolto un ruolo chiave nelle fasi di pre-pianificazione del progetto Metal3D, che “ha gettato le basi di ciò che è oggi la macchina”.

Equipaggio che lavora all'interno della Stazione Spaziale Internazionale.  Foto via NatGeo / ISS: 24 ore su 24, 7 giorni su 7 SU UNA STAZIONE SPAZIALE
Equipaggio che lavora all’interno della Stazione Spaziale Internazionale. Foto via NatGeo / ISS: 24 ore su 24, 7 giorni su 7 SU UNA STAZIONE SPAZIALE.

“AddUp gioca un ruolo importante nella realizzazione di questa missione, ma il suo coinvolgimento nel progetto risale alla fase pre-progetto in cui doveva essere dimostrata la fattibilità del progetto”, spiega Piaget. “Nella versione finale della macchina, AddUp si occuperà degli assi mobili, delle parti strutturali e del software della macchina.”

Per quanto riguarda la macchina stessa, si dice che sia in grado di superare i problemi che impediscono l’uso delle normali stampanti 3D nello spazio, ovvero i rischi posti dalla polvere fine che galleggia dall’area di costruzione. Il sistema realizza questo utilizzando un processo di combinazione filo-laser (W-DED), che vede le leghe fissate in posizione, prima di essere fuse insieme al laser su una tavola che si muove lungo 3 assi lineari e 1 asse rotante.

La stampante 3D è inoltre predisposta per funzionare in atmosfera di azoto, come mezzo per limitare l’ossidazione dei materiali e ridurre il rischio di combustione, inoltre, dato che l’azoto scarseggia sulla ISS, il sistema è dotato di filtraggio e funzionalità di raffreddamento, per limitare i consumi e riciclare quanto più gas possibile.

Sebbene la macchina non dovrebbe essere lanciata in orbita fino a febbraio 2023, AddUp ha rivelato che sta già sviluppando una macchina ispirata a Metal3D insieme ad Airbus, che “consentirà agli sviluppi di questa tecnologia di continuare”.

Coloro che sono interessati a saperne di più sui progressi di Metal3D possono controllare gli aggiornamenti della stampa 3D orbitale di AddUp tramite il suo canale YouTube e si è impegnato a fornire più di queste informazioni nelle settimane e nei mesi a venire.

Prima del progetto IMPERIAL, il consorzio ESA ha sviluppato una stampante 3D compatibile con la microgravità nell'ambito del progetto MELT.  Foto via BEEVERYCREATIVE.
Prima del suo progetto Metal3D, l’ESA ha sviluppato una stampante 3D con capacità di microgravità nell’ambito del “Progetto MELT”. Foto via BEEVERYCREATIVE.

La corsa alla stampa 3D in microgravità

Negli ultimi anni la ISS è diventata un focolaio per la ricerca sulla stampa 3D, sulla quale ricercatori commerciali e accademici hanno cercato di testare le tecnologie emergenti in condizioni di microgravità. Lavorando insieme a un altro consorzio di partner nell’ambito del “Progetto MELT”, l’ESA ha precedentemente sviluppato anche una stampante 3D a microgravità polimerica, anch’essa progettata per i test fuori dal mondo della ISS.

Sul fronte della biostampa 3D, CELLINK ha collaborato con ciò che era Made in Space (e ora è Redwire) nel 2019, per identificare potenziali opportunità di biostampa orbitale a bordo della ISS. All’epoca, si prevedeva che il progetto avrebbe potuto avere un impatto nel mondo reale sullo screening dei farmaci e sulla ricerca sul cancro condotta qui sulla Terra.

Altrove, in un esperimento più recente condotto dai ricercatori della Iowa State University, una nuova stampante 3D elettronica a gravità zero è stata testata a bordo di un aeroplano rimontato. Facendo continuamente volare l’aereo su e giù ad angoli di 45º, il team è stato in grado (in cima a questa curva) di condurre test sperimentando brevi periodi di assenza di gravità in condizioni di microgravità.

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L’immagine in primo piano mostra un rendering di un sistema Metal3D simulato utilizzato dagli astronauti. Immagine tramite AddUp.

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