Da oltre un anno Zortrax è capocommessa dell’Agenzia spaziale europea (ESA) in a progetto finalizzato allo sviluppo di nuove tecnologie di stampa 4D per l’industria spaziale. Ora, questo progetto è stato completato con successo dal team di ricerca e sviluppo Zortrax e i risultati sono stati
accettati da ESA.
Ecco come funziona la stampa 4D, cosa è stato raggiunto e cosa significa per il futuro dell’esplorazione spaziale e molti altri campi high-tech come l’aviazione o la produzione di energia.
La stampa 3D è una tecnologia di produzione additiva che consente di costruire materiali fisici, oggetti tridimensionali strato per strato basati sul modello digitale. La quarta dimensione aggiuntiva aggiunto nella tecnologia di stampa 4D è il tempo.
Gli oggetti stampati in 4D possono cambiare la loro geometria e altri proprietà in risposta a vari stimoli come temperatura, umidità, corrente elettrica e molti altri nel tempo.
Immagina una struttura simile a un origami che rimane piegata a temperatura ambiente ma si apre quando viene scaldato.
“La stampa 4D ha suscitato molto interesse nell’industria spaziale perché, in teoria, la tecnologia potrebbe consentire a ingegneri e progettisti di missioni di ridurre il peso delle strutture dispiegabili come antenne, boom, o vari sensori. Il peso di tali strutture realizzate in modo tradizionale è sempre una somma di la struttura stessa e il meccanismo che dovrebbe dispiegarlo. Ma se fosse possibile sbarazzarsi di tutti i meccanismi di spiegamento, potrebbero essere resi ancora più leggeri e più piccoli” – afferma Michał Siemaszko, responsabile della ricerca e sviluppo di Zortrax S.A.
La stampa 4D ha fatto notizia nel 2013 quando un team di ricercatori che lavorava al MIT ha stampato oggetti in 3D con capacità di modifica della forma programmabili attivate quando l’oggetto è stato esposto a una termica stimolo. C’erano alcuni inconvenienti da superare, tuttavia, prima che questa tecnologia potesse trovarne uno applicazioni del mondo reale, però. Il processo di modifica della forma dipendeva interamente dal cambiamento di temperatura dell’ambiente ed è stato attivato solo quando questa temperatura ha raggiunto un certo livello. Non c’era modo di distribuire tali strutture in sequenza, ad esempio, perché l’intero oggetto è stato riscaldato tutto in una volta. Inoltre, il controllo dell’ambiente non era sempre attivo opzione, soprattutto nello spazio.
Zortrax, grazie al fuinanziamento dell’ESA, ha lavorato a una tesi di risoluzione di questi problemi. La stampa 4D ha fatto notizia nel 2013 quando il team di ricercatori che lavorava al Gorgia Institute di TechnologyMIT made sono stati in grado di produrre, utilizzando stampanti 3D, oggetti dalla forma programmabile
Funzionalità che modificano le strutture stampate in 4D dispiegabili che possono dispiegarsi se sottoposte a uno stimolazione termica in acqua calda Anche se ci sono altri stimoli che possono essere usati come umidità, luce, cambiamento di pH per esempio, la temperatura è l’attivazione più comune usata per 4D stampa. Tuttavia, per rendere questo sistema più controllabile, è necessario liberarsi del potenziale variazioni dello stimolo disponibile.
C’erano alcuni problemi, c’erano alcuni inconvenienti che dovevano essere risolti, però, prima di questa tecnologia potrebbe trovare qualsiasi applicazione nel mondo reale. Il cambiamento di forma è stato innescato dall’ambiente temperatura che ha riscaldato l’intera struttura in una sola volta. Il processo era difficilmente controllabile quindi dipendente dal cambiamento della temperatura ambiente – ed è stato attivato quando il ambiente questa temperatura ha raggiunto un certo livello. Il cambio di forma è iniziato a temperature relativamente basse di 40 gradi Celsius. Infine, perché il cambiamento di forma è stato innescato dall’ambiente non c’era modo di distribuire tali strutture in sequenza che ne limitassero le applicazioni. Zortrax, al lavoro con l’ESA, è riuscito a lavorare su un concetto da risolvere per risolvere tutti questi problemi.
Il team di ricerca e sviluppo di Zortrax ha utilizzato Zortrax M300 Dual, una stampante 3D FDM a doppia estrusione desktop e una versione modificata
version o Z-SUITE, il software di stampa 3D di Zortrax, alle strutture di stampa 3D fatte di memoria di forma polimeri e materiali elettricamente conduttivi.
“La combinazione di materiali così avanzati in un processo di stampa 3D a doppia estrusione sulla M300 Dual si apre un chiaro percorso verso la costruzione di meccanismi affidabili e leggeri che possono funzionare senza separare attuatori, motori o circuiti di controllo che è di fondamentale importanza in campi come la produzione di energia, sensori intelligenti e industria della difesa, solo per citarne alcuni, oltre alla stessa esplorazione spaziale”. – dice Dawid Piastowski, responsabile dello sviluppo dei materiali presso Zortrax S.A.
In quei meccanismi di strutture, i polimeri a memoria di forma hanno funzionato come attuatori ed elettricamente i materiali conduttivi funzionavano come riscaldatori alimentati elettricamente. In questo modo è stato possibile costruire dimostratori tecnologici che mostrano tre tipi di movimento: flessione, torsione e dispiegamento, che potrebbe essere attivato con la semplice pressione di un pulsante.
“Lo stimolo più comunemente usato per l’attivazione dei meccanismi stampati in 4D è temperatura. Nell’applicazione spaziale, l’ampiezza del cambiamento di temperatura può essere molto grande e anche se può essere utilizzato come innesco per l’attivazione del cambio di forma, può essere difficile controllarlo in modo graduale.
Quindi nei sistemi spaziali è più facile controllare l’assorbimento elettrico. l’idea alla base di questo progetto c’era quello di sfruttare la capacità di cambiare forma indotta termicamente ma utilizzando un’attivazione più controllata tramite il calore generato dalla corrente elettrica. Tali concetti sono
in fase di valutazione a causa del loro potenziale di diminuire il numero di parti in sistemi complessi mentre mantenendo la loro capacità di fornire movimenti e azionamenti controllati e su richiesta
Per Zortrax, il completamento di questo progetto apre la strada a progetti più avanzati con finanziamenti più significativi per sviluppare ulteriormente questa tecnologia e alla fine produrre elettricamente stampato in 4D attivato pronto per le missioni spaziali.