3D Systems abilita ricerca avanzata su controllo termico spaziale

3D Systems annunciato che l’azienda sta collaborando con i ricercatori della Penn State University e dell’Arizona State University a due progetti sponsorizzati dalla NASA (National Aeronautics and Space Administration) destinati a consentire alternative innovative alle attuali soluzioni di gestione termica. Le forti fluttuazioni di temperatura nello spazio possono danneggiare i componenti sensibili dei veicoli spaziali, compromettendo la missione.

Combinando un’ampia esperienza applicativa con le soluzioni avanzate di produzione additiva di 3D Systems che includono la tecnologia di stampa diretta in metallo (DMP, Direct Metal Printing), i materiali e il software 3DXpert di Oqton, i team stanno sviluppando soluzioni avanzate di gestione termica per rispondere alle esigenze dei satelliti di nuova generazione e dell’esplorazione spaziale. Il progetto condotto da ricercatori della Penn State University, dell’Arizona State University e del Glenn Research Center della NASA in collaborazione con l’AIG (Application Innovation Group) di 3D Systems ha portato allo sviluppo di processi per la realizzazione di tubi termici passivi ad alta temperatura integrati nei radiatori di dissipazione termica, prodotti in titanio tramite produzione additiva.

Questi radiatori con tubi termici sono più leggeri del 50% per unità di superficie e operano a temperature più elevate rispetto ai radiatori all’avanguardia attuali, consentendo una dissipazione del calore più efficiente per sistemi ad alta potenza. Inoltre, un progetto condotto da ricercatori della Penn State University e del Glenn Research Center della NASA con l’AIG di 3D Systems ha realizzato un processo per produrre in modo additivo uno delle prime parti funzionali utilizzando leghe di nichel e titanio (nitinol) a memoria di forma che possono essere azionate passivamente e dispiegate se riscaldate. Questo radiatore passivo in lega a memoria di forma è progettato per offrire un rapporto tra area dispiegata e area riposta sei volte superiore rispetto alle soluzioni attualmente disponibili. Ciò permette di supportare future missioni scientifiche e di comunicazione ad alta potenza in volumi CubeSat ridotti. Una volta installati su veicoli spaziali, come i satelliti, questi radiatori possono aumentare i livelli di potenza operativa e ridurre lo stress termico sui componenti sensibili, prevenendo guasti e prolungando la vita utile del satellite.

I tubi termici sono sempre stati prodotti attraverso processi complessi per creare strutture interne porose, in grado di far circolare fluidi in modo passivo e ottimizzare il trasferimento di calore. Utilizzando il software 3DXpert^®di Oqton, il team di Penn State, Arizona State, NASA Glenn e 3D Systems che ha lavorato al progetto ha integrato una rete porosa strutturale direttamente nelle pareti dei tubi termici, eliminando fasi di produzione aggiuntive e riducendone la variabilità. I radiatori a tubi termici monolitici sono stati realizzati in titanio e nitinol utilizzando la tecnologia DMP di 3D Systems. I prototipi di radiatori a tubi termici in titanio e acqua hanno operato con successo a temperature di 230 °C e pesano il 50% in meno (3 kg/m2 vs oltre 6 kg/m2), conformandosi agli obiettivi della NASA in termini di efficienza del trasferimento del calore e di riduzione dei costi di lancio per le applicazioni spaziali.

Il team di Penn State, NASA Glenn e 3D Systems sta sviluppando un processo per la stampa 3D di radiatori a dispiegamento passivo con leghe a memoria di forma (SMA). La chimica di questi materiali può essere regolata per cambiare forma con l’applicazione del calore. Le SMA possono resistere a cicli di deformazione ripetuti senza fatica e mostrano un eccellente recupero dalle sollecitazioni. Il team ha nuovamente utilizzato 3DXpert per progettare la struttura a raggi dispiegabili del radiatore. È stato poi stampato in 3D in nitinol (NiTi), una lega a memoria di forma di nichel e titanio, utilizzando la tecnologia DMP di 3D Systems.

Una volta fissato a un veicolo spaziale, come un satellite, questo dispositivo può essere attivato e dispiegato passivamente quando riscaldato dal fluido interno, eliminando così la necessitàdi motori o altri sistemi di attuazione convenzionali nello spazio. Il radiatore passivo in lega a memoria di forma sviluppato dal team costituisce un’innovazione rivoluzionaria, con un rapporto tra area dispiegata e area riposta sei volte superiore rispetto alle soluzioni all’avanguardia attuali (12 vs 2) e un peso ridotto del 70% (<6 kg/m2 vs 19 kg/m2).

“La nostra storica collaborazione in ricerca e sviluppo con 3D Systems ha permesso di condurre ricerche pionieristiche sull’impiego della stampa 3D nelle applicazioni aerospaziali”, dichiara Alex Rattner, professore associato presso l’università dello Stato della Pennsylvania. “La combinazione di esperienza avanzata in ingegneria aerospaziale e produzione additiva ci consente di esplorare strategie di progettazione rivoluzionarie, ridefinendo i confini di ciò che è considerato all’avanguardia. Combinando le potenzialità del software 3DXpert con l’ambiente a basso contenuto di ossigeno della piattaforma DMP di 3D Systems, siamo in grado di produrre componenti innovativi con materiali esotici, ottenendo un miglioramento straordinario delle prestazioni”.

“3D Systems vanta decenni di leadership nello sviluppo di soluzioni di produzione additiva per rivoluzionare l’industria aerospaziale”, afferma il dr. Mike Shepard, vicepresidente, divisione aerospaziale e difesa di 3D Systems. “La gestione termica nell’ambiente spaziale è un’applicazione ideale per la nostra tecnologia DMP. Questi ultimi progetti, sviluppati in collaborazione con i team di Penn State, Arizona State e NASA Glenn Research Center, dimostrano il potenziale della nostra tecnologia DMP nella creazione di componenti leggeri e funzionali, ridefinendo gli standard della gestione termica per le applicazioni spaziali. La gestione termica è una sfida estremamente comune nell’ingegneria e il processo DMP offre soluzioni efficaci per diversi settori: aerospaziale, automobilistico, calcolo ad alte prestazioni e data center IA”.

Secondo Research and Markets, il mercato globale della produzione additiva nell’industria aerospaziale è stato stimato a 1,2 miliardi di dollari nel 2023 e si prevede che raggiungerà i 3,8 miliardi di dollari entro il 2030. La produzione additiva sta avendo un impatto significativo consentendo la produzione di componenti aeronautici con peso ridotto e prestazioni ottimizzate. Solo nell’ultimo decennio, 3D Systems ha lavorato a fianco dei leader del settore aerospaziale per produrre più di 2000 componenti strutturali in titanio o lega di alluminio per il volo spaziale e oltre 200 componenti RF passivi di primaria importanza. Attualmente oltre 15 satelliti sono in orbita con hardware di volo prodotto da 3D Systems. Per ulteriori informazioni, visitare il sito web dell’azienda.

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