Ricercatori esplorano le potenzialità della stampa 3D nello spazio utilizzando polvere lunare
Il team ha valutato approvvigionamento dei materiali, effetti della gravità e requisiti di monitoraggio per la produzione nello spazio, includendo anche i detriti orbitali tra le possibili risorse.
Un team di ricercatori della University of Nebraska–Lincoln e della Purdue University ha analizzato i principali ostacoli tecnici all’impiego della manifattura additiva a letto di polvere in ambienti spaziali, con particolare attenzione alla caratterizzazione dei materiali in condizioni di microgravità, vuoto e temperature estreme. Lo studio individua due possibili fonti di materiale per la stampa 3D nello spazio: la regolite lunare e i detriti orbitali riciclati.
Gli elevati costi di trasporto dei materiali nello spazio (nel 2024 il costo di lancio di un Falcon 9 di SpaceX era pari a 12.682 dollari per chilogrammo), unitamente agli obiettivi a lungo termine di portare l’uomo sulla Luna, come nel caso del programma Artemis della NASA, stanno spingendo la ricerca verso soluzioni produttive più sostenibili e realistiche.
Inoltre, negli ultimi anni sono stati condotti test con simulanti di suolo lunare impiegati in processi di stampa 3D laser per la realizzazione di strutture resistenti al calore.
Regolite e detriti come materiali di partenza
La regolite lunare rappresenta una soluzione naturale per i processi a letto di polvere, con il 90% delle particelle inferiori a 1.000 micrometri. Tuttavia, la sua morfologia irregolare e spigolosa, dovuta agli impatti meteoritici in assenza di atmosfera, rende più complessa la scorrevolezza e la compattazione rispetto alle polveri sferiche utilizzate nei sistemi terrestri.
La regolite marziana presenta ulteriori criticità: contiene composti di perclorato potenzialmente tossici e minerali idrati che possono influire sia sulla sicurezza dei processi sia sull’integrità strutturale dei componenti stampati.
I detriti orbitali rappresentano invece una possibile fonte di materiale metallico. Lo studio descrive un processo di riciclo articolato in più fasi, che include raccolta robotizzata, selezione spettroscopica, pretrattamento termico, atomizzazione tramite plasma o fascio elettronico e caratterizzazione prima dell’utilizzo nei sistemi di manifattura additiva.
Effetti dell’ambiente sul comportamento delle polveri
Microgravità, vuoto e temperature estreme possono modificare il comportamento delle polveri in modi che i metodi di caratterizzazione sviluppati sulla Terra non considerano. In condizioni di gravità ridotta, le forze di Van der Waals tra le particelle diventano predominanti anche per dimensioni maggiori, aumentando il rischio di agglomerazione e ostruzione.
Le temperature sulla superficie lunare, comprese tra -250 e 250 °C, influenzano ulteriormente la scorrevolezza, modificando la forma delle particelle, la resistenza meccanica e i fenomeni di carica triboelettrica.
Tra i metodi di produzione delle polveri analizzati, l’elettrolisi è stata individuata come la soluzione più promettente per applicazioni spaziali, grazie al fatto che richiede energia elettrica, potenzialmente fornita da fonti solari, e non dipende dalla gravità.
I ricercatori hanno inoltre indicato l’analisi dinamica delle immagini e le tecniche di misura basate su zone di rilevamento elettrico tra le più promettenti per la caratterizzazione in condizioni di microgravità.
Lo studio è stato pubblicato come articolo peer-reviewed sulla rivista npj Advanced Manufacturing.
