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ORNL

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Nel tentativo di far avanzare la produzione additiva, un team di ricercatori, insieme al contributo della NASA, ha stampato in 3D una ruota identica a un progetto utilizzato dall’agenzia spaziale per il suo rover lunare robotico. Il processo evidenzia come la tecnologia possa essere utilizzata per parti specializzate necessarie per l’esplorazione spaziale.

Per il team dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia, le ruote leggere del Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) sono servite da ispirazione per il loro design. La NASA spera di utilizzare un robot mobile nel 2024 per esaminare il ghiaccio e altre possibili risorse vicino al polo sud della Luna.

Anche se la ruota non troverà utilizzo sul rover vero e proprio, le prestazioni della ruota stampata saranno valutate dalla NASA rispetto a una ruota costruita in modo convenzionale che verrà utilizzata sulla Luna l'anno prossimo.

Pur consentendo la complessità del progetto e la personalizzazione delle caratteristiche dei materiali, la stampa additiva può ridurre il consumo energetico, gli sprechi di materiale e i tempi di consegna.

Il Manufacturing Demonstration Facility (MDF) situato presso ORNL, che ha stampato la ruota in 3D, ha sviluppato la tecnologia per oltre dieci anni per una varietà di usi nei settori industriale, dei trasporti e dell’energia pulita.

Per quanto riguarda il processo di produzione, comprendeva laser sincronizzati, una piastra di costruzione girevole e una stampante 3D personalizzata, che sono stati utilizzati per fondere con precisione la polvere metallica nella forma desiderata. I sistemi standard a letto di polvere metallica funzionano nei seguenti passaggi: rastrellano uno strato di polvere su una piastra fissa in una macchina delle dimensioni di un armadio. Uno strato viene quindi fuso selettivamente da un laser prima che la piastra venga abbassata delicatamente e la procedura venga ripetuta.

Secondo Peter Wang, che supervisiona lo sviluppo di MDF di nuovi sistemi di fusione laser a letto di polvere, la stampante utilizzata per il prototipo della ruota del rover è abbastanza grande da consentire l'ingresso di una persona ed è eccezionale nella sua capacità di stampare oggetti sostanziali mentre le fasi si svolgono contemporaneamente e costantemente. Un altro fattore chiave è stato "il software sviluppato presso ORNL per "tagliare" il disegno della ruota in strati verticali, quindi bilanciare il carico di lavoro tra i due laser per stampare in modo uniforme, ottenendo un elevato tasso di produzione", ha affermato una dichiarazione di ORNL.

Il team afferma che questo processo ha aumentato il tasso di produzione, aiutando la deposizione a verificarsi il 50% più velocemente. "Stiamo solo scalfindo la superficie di ciò che il sistema può fare. Penso davvero che questo sarà il futuro della stampa laser a letto di polvere, soprattutto su larga scala e nella produzione di massa", ha affermato Wang.

Uno studio riguardante il loro lavoro con la produzione additiva è stato pubblicato sulla rivista Mary Ann Liebert.

Le dimensioni della ruota stampata in 3D erano di circa 8 pollici di larghezza e 20 pollici di circonferenza ed era realizzata in una lega a base di nichel. Secondo il team, la tecnologia di stampa additiva utilizzata ha mostrato la capacità di stampare dettagli geometrici fini su un’ampia area di lavoro, consentendo complessità nel design del cerchio senza aumentare i costi o complicare la produzione.

Le quattro ruote VIPER verranno utilizzate l'anno prossimo; al contrario, necessitavano di diverse procedure di produzione e fasi di assemblaggio. Il cerchione da 50 pezzi della VIPER è unito in 360 punti tramite rivetti. I requisiti impegnativi della missione richiedevano una procedura di produzione sofisticata e ad alta intensità di manodopera.

Al contrario, i futuri rover potrebbero invece utilizzare un singolo cerchione stampato, la cui creazione ha richiesto a ORNL solo 40 ore, se i test della NASA dimostreranno che il prototipo stampato in 3D è durevole quanto le ruote costruite tradizionalmente.

I ricercatori hanno affermato che il processo di produzione additiva ha consentito agli esperti dell’ORNL e della NASA di studiare la stampa di elementi di design precisi, inclusi i fianchi angolati, una forma a cupola e un battistrada ondulato, al fine di aumentare la rigidità della ruota. Utilizzando le tecniche di produzione convenzionali, è impossibile includere queste caratteristiche nell'attuale design delle ruote VIPER. Nonostante consentisse una ruota con una configurazione dei raggi più complessa e funzionalità di bloccaggio dei raggi, la stampa 3D ha reso il design della ruota più semplice, più economico e più facile da assemblare.