Stampa 3D e polvere lunare: il kit dell’astronauta per le future esplorazioni spaziali?

In futuro si potrà realizzare un prototipo di stampante 3D da testare direttamente sulla Luna?

Stampare in 3D con laser e polvere lunare è una risposta ad una delle principali sfide legate all’esplorazione spaziale, lo sviluppo, cioè, di tecnologie di produzione che permettano l’utilizzo delle poche risorse disponibili in ambiente extra-terrestre. Questo è ciò da cui è partito Leonardo Caprio, dottorando in Advanced and Smart Manufacturing al Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, che cogliendo i limiti legati ai tempi di approvvigionamento e gli elevati costi di invio di materiale nello spazio ha elaborato lo studio di fattibilità del processo di stampa 3D con un simulante di polvere lunare (NU-LHT-2M) per la realizzazione di componenti strutturali. Il progetto trova la sua essenza nell’Accordo operativo tra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e POLIMI su Attività di Ricerca e Innovazione.

Lo studio Determining the feasible conditions for processing lunar regolith simulant via laser powder bed fusion, pubblicato su Additive Manufacturing, ha dimostrato la stampabilità della polvere lunare o regolite, grazie a un giusto compromesso tra parametri laser e condizioni di processo. A seguito degli esiti positivi della ricerca è stato possibile definire linee guida per la progettazione di un futuro sistema di stampa 3D per l’utilizzo in ambito spaziale. “L’architettura del sistema che prevede l’utilizzo di sorgenti laser ad alta efficienza energetica, dovrà essere semplice e funzionale, per permettere di passare dal prototipo di laboratorio a un sistema per applicazioni reali” spiega Leonardo Caprio.

I sistemi di additive manufacturing o stampa 3D permettono di stampare oggetti e componenti quando servono, usando risorse locali e intervenendo solo sul file CAD che rappresenta la geometria dell’oggetto da realizzare. La stampa 3D abilita strutture più leggere, con nuove funzionalità (scambio termico, resistenza all’impatto, etc.) e maggiore affidabilità e durata, grazie alla significativa riduzione del numero di componenti.

La ricerca nasce all’interno di un progetto coordinato dalla Professoressa Bianca Maria Colosimo, professoressa del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano nell’ambito di attività di ricerca svolte con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA). In collaborazione, inoltre, con la Prof.ssa Barbara Previtali (Dipartimento di Meccanica), che ha messo a punto un prototipo di stampante 3D a fascio laser in grado di stampare regolite, e il gruppo della Prof.ssa Michéle Lavagna (Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali), che ha messo a disposizione il simulante di polvere lunare, ha supportato la parte sperimentale e ha poi condotto i test finali per caratterizzare il prodotto stampato.

“La collaborazione con atenei di eccellenza nazionale è da sempre una delle attività dell’Agenzia Spaziale Italiana che ha come caposaldo del suo statuto – ricorda Danilo Rubini ASI Project Manager dell’accordo tra l’Agenzia e il Politecnico – il supporto alla formazione e ricerca. La collaborazione con il Politecnico di Milano rappresenta la perfetta collaborazione tra le istituzioni e le università che, partendo dalla ricerca di base ha lo scopo di generare tecnologie e applicazioni capaci di contribuire alla crescita socioeconomia. Lo Spazio è sempre di più un elemento abilitante se si pensa all’impatto che hanno oggi nella nostra vita quotidiana le attività spaziali e dati satellitari. Gli sviluppi tecnologici terrestri come le stampanti 3D e l’Additive Manufacturing applicati a elementi spaziali, come la regolite lunare, possono fornire non solo un grande contributo alle nuove missioni lunari grazie alla ISRU (In-Situ-Resource-Utilization) ma anche aiutare a capire come gestire al meglio le risorse terrestri.” .