Stampa di pezzi di ricambio a gravità zero

Una stampante 3D in metallo sarà a bordo quando il prossimo equipaggio si dirigerà verso la Stazione Spaziale Internazionale, ISS. A lungo termine la stampante verrà utilizzata per realizzare pezzi di ricambio nello spazio, ma fornirà anche nuove importanti conoscenze che potranno portare a un migliore utilizzo delle risorse sulla Terra.

Da una stazione spaziale a centinaia di chilometri sopra la superficie terrestre, come sottolinea John Leif Jørgensen, professore della DTU ed esperto di tecnologia e strumenti spaziali, c'è una lunga strada fino all'officina se all'improvviso hai bisogno di un pezzo di ricambio che non hai in magazzino . Una stampante 3D in metallo potrebbe rivelarsi la soluzione proprio a questa sfida.

Questo è esattamente il motivo per cui il personale della missione Huginn, guidata dall'astronauta danese Andreas Mogensen, testerà una nuovissima stampante sulla ISS. La stampante è stata sviluppata a questo scopo dal produttore europeo di aerei Airbus per l'Agenzia spaziale europea, ESA. "Una stampante del genere può produrre esattamente i pezzi di cui hai bisogno lassù", afferma John Leif Jørgensen.

La stampante è dotata di un ugello da cui fuoriesce un filo di acciaio inossidabile. Un raggio laser scioglie il filo mentre la stampante si muove, creando il disegno selezionato e costruendo l'oggetto per il quale è stata predisposta la stampante.

"Tecnicamente si tratta solo di un piccolo filo di saldatura che si fonde con un raggio laser. Ma consentirà di produrre oggetti complicati lontano da un capannone di produzione convenzionale", dice il professore.

La visita alla ISS fornirà ad Airbus importanti informazioni su quali modifiche potrebbero essere necessarie per rendere la stampante pronta a produrre pezzi di ricambio nello spazio su scala più ampia.

Come parte del progetto, gli astronauti stamperanno copie di una struttura alta 5 cm accuratamente progettata. I ricercatori della DTU hanno prodotto modelli simili sulla Terra. Quando l'equipaggio della Huginn ritornerà, i ricercatori effettueranno misurazioni accurate dei due modelli stampati per determinare quali differenze potrebbero esistere tra loro.

"Tutto ciò che viene prodotto sulla Terra è influenzato dalla gravità. Ciò significa che gli effetti fisici possono differire lungo e attraverso la gravità. Uno di questi effetti è che gli oggetti vengono spesso riscaldati e raffreddati in modo diverso durante la lavorazione creando tensione interna, che a sua volta può causare la deformazione dei materiali. L'assenza di gravità sulla ISS minimizzerà tali tensioni intrinseche nelle figure stampate," spiega John Leif Jørgensen.

La mappatura delle differenze tra gli oggetti stampati sulla Terra e nello spazio aiuterà gli scienziati a trovare risposte migliori a domande fondamentali su come si comportano i metalli in diverse condizioni termiche e meccaniche.

Questa visione più approfondita della fisica dei materiali può, ad esempio, essere utilizzata per ridurre il margine di sicurezza che i produttori di oggetti metallici utilizzano qui sulla Terra, e quindi ridurre il consumo di risorse, spiega John Leif Jørgensen: "Ad esempio, parti per aerei sono costruiti sostanzialmente più resistenti del necessario perché non sappiamo esattamente come si comportano i materiali. Ciò vale ovviamente anche per automobili, biciclette, ecc. In prospettiva, potresti migliorare l'efficacia nell'uso di molti dei componenti e dei materiali che noi utilizzare nella società di oggi se si riesce a ridurre responsabilmente il margine di sicurezza e ad avvicinarsi al limite."

Altri due progetti DTU saranno coinvolti nella missione Huginn, il cui lancio è previsto per agosto.

Uno dei progetti metterà alla prova la realtà virtuale (VR) come strumento per stimolare il benessere mentale durante una missione spaziale. Un consorzio guidato da DTU fornirà un sistema VR in grado di trasportare gli astronauti in luoghi pacifici, come un ruscello in una foresta, e quindi migliorare il benessere mentale degli astronauti nelle lunghe missioni.

È una sfida sviluppare apparecchiature che funzionino nello spazio. I sistemi VR disponibili sfruttano la gravità per garantire che l'universo presentato all'utente sia orientato correttamente e che venga visualizzato senza che le immagini "sfarfallino" quando, ad esempio, gli astronauti girano la testa.

Di conseguenza, ci vorrà molto lavoro per sviluppare un sistema che funzioni altrettanto bene a gravità zero, evitando così di far venire il mal di mare agli astronauti. Tuttavia, se funzionerà come previsto, aprirà le porte a una più ampia applicazione della realtà virtuale nello spazio per la pratica, la formazione e l’intrattenimento.