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#News
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vipro-HEAD 5 adatto per l'uso a gravità zero
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Le prove del team AIMIS-FYT, con il supporto dell'ESA, hanno avuto successo
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Nell'estate del 2020, ViscoTec ha riferito sul progetto del team AIMIS-FYT, che utilizza una testa di stampa 3D standard di ViscoTec. Il progetto mira a dimostrare un processo di stampa 3D che può essere utilizzato per produrre strutture per pannelli solari, antenne o altre installazioni nello spazio
A causa delle restrizioni del Coronavirus, i voli parabolici con l'Agenzia Spaziale Europea ESA hanno avuto luogo nel novembre 2020 dall'aeroporto di Paderborn-Lippstadt, e non a Bordeaux come previsto. Oltre alla chiara consapevolezza che la preparazione è l'elemento fondamentale, ci sono state molte altre intuizioni interessanti acquisite dal team di studenti dell'Università di Scienze Applicate di Monaco. In una conversazione con Michael Kringer e Christoph Böhrer del team AIMIS-FYT, diventa chiaro quali sfide hanno dovuto essere superate e quali risultati hanno portato gli esperimenti
1. I test e le prove durante i voli parabolici hanno avuto successo?
Il team AIMIS-FYT: Possiamo dire subito che siamo molto soddisfatti dei risultati e che le nostre aspettative sono state addirittura superate. Prima della campagna di volo, eravamo naturalmente molto eccitati per gli esperimenti a gravità zero e continuavamo a chiederci se tutto avrebbe funzionato come avevamo immaginato e pianificato. Durante il periodo di preparazione, ci sono stati uno o due problemi che abbiamo dovuto affrontare. Siamo tanto più felici ora che la campagna è andata liscia. Quasi tutti gli esperimenti hanno funzionato. Alcuni anche meglio del previsto. Siamo stati in grado di dimostrare con successo che il processo di stampa funziona in condizioni di gravità zero.
2. Cosa è stato stampato esattamente? Quali risultati ne sono derivati?
Il team AIMIS-FYT: L'obiettivo era: Realizzare esperimenti a gravità zero basati sulle quattro operazioni di base per la stampa di strutture. Aste dritte, aste dritte con punti di partenza/arresto, aste fluttuanti e connessioni tra le aste. Dato che avevamo un totale di 90 parabole disponibili per i nostri esperimenti di stampa, abbiamo modificato ulteriormente ciascuna delle operazioni di base per provare diversi metodi di stampa. Per esempio, durante gli esperimenti con le aste dritte, abbiamo anche stampato aste ad angolo e testato diversi angoli di approccio per l'ugello (angolo tra l'asse dell'ugello e il piatto di stampa). Qui volevamo vedere in che misura un flusso di taglio all'uscita dell'ugello influenza il processo di stampa. Le aste ad un angolo con sporgenza, sono molto più difficili da stampare in condizioni di 1 g, poiché si afflosciano facilmente a causa del loro stesso peso. A gravità zero, le operazioni di stampa ad angolo hanno dimostrato di avere molto successo.
Inoltre, alcuni parametri del processo di stampa sono stati sistematicamente cambiati di prova in prova al fine di identificare deterioramenti e miglioramenti nel processo di stampa
I principali parametri del processo di stampa sono principalmente la velocità di stampa, la velocità di estrusione della resina, l'intensità della luce UV e la traiettoria, cioè il percorso di movimento dell'uscita dell'ugello. Il numero di parametri e le possibilità di come un'asta può essere stampata dimostra che anche la stampa di una semplice asta diritta può diventare rapidamente complessa. Oltre alle testine di stampa ViscoTec, anche i componenti necessari, come gli aghi di erogazione conici con blocco UV della Vieweg e un adesivo della Delo, hanno contribuito al successo dei nostri esperimenti. Abbiamo testato la resina molto prima della campagna e l'abbiamo confrontata con altri adesivi. Un adesivo catatonicamente, e allo stesso tempo, a polimerizzazione rapida e con poco ritiro volumetrico, si è rivelato il migliore per le nostre esigenze
L'intero processo di stampa è stato monitorato da telecamere e sensori. Una telecamera di dettaglio e una termocamera sono state montate in modo da seguire in parallelo il movimento della vipro-HEAD 5, il cuore della nostra stampante. Siamo stati quindi in grado di dimostrare che la vipro-HEAD 5 è adatta anche per un uso affidabile in assenza di gravità. Una telecamera ad alta risoluzione è stata utilizzata per osservare permanentemente la resina che esce dall'ugello. La termocamera è stata utilizzata per documentare la reazione esotermica della resina all'uscita dell'ugello e lungo l'asta
Con l'aiuto di questi dati, speriamo di poter controllare meglio e quindi ottimizzare il processo di stampa in futuro. In conclusione, possiamo dire che tutte le operazioni di stampa possono essere eseguite a 0 g, cioè a gravità zero. Sulle ultime parabole abbiamo anche combinato diverse operazioni di base e quindi abbiamo stampato con successo una piccola travatura composta da cinque aste. Sono state stampate anche aste fluttuanti. Queste hanno funzionato in una certa misura, ma senza una piastra di stampa come punto fisso, il processo di stampa è instabile e molto incline al fallimento. Qualsiasi piccola deviazione in microgravità influenza immediatamente la direzione di estrusione della resina dall'ugello. Un processo più stabile dovrebbe ancora essere sviluppato per l'operazione di stampa a volo libero.
3. Si potrebbero anche osservare voli di simulazione per la gravità della Luna e di Marte. Come influisce la differenza sulla stampa 3D e specialmente sulla stampa fluida?
Il team AIMIS-FYT: Il fatto che siamo stati invitati dall'ESA a una seconda campagna di volo, una cosiddetta "Campagna Partial-g", è stata una sorpresa totale e ci ha reso molto felici. Questo ci ha permesso di effettuare gli stessi esperimenti in condizioni di gravità lunare e marziana su altre 90 parabole. Non abbiamo avuto molto tempo tra le due campagne per apportare modifiche importanti all'esperimento. In generale, gli esperimenti hanno mostrato che tutte le operazioni di pressione possono essere eseguite a qualsiasi gravità (0 g, Luna e Marte). Non ci sono davvero grandi differenze
Nei test in cui l'asta è fissata da una piastra di pressione, il processo di stampa a 0 g tende ad essere migliore. Qui è più facile stampare le sporgenze perché manca la forza di attrazione. Le aste fluttuanti, invece, sono meglio prodotte a bassa gravità (luna). Qui la forza di attrazione è molto bassa, ma l'asta è stabilizzata da una direzione di attrazione definita. Anche se la resina viene estrusa dall'ugello in forma liquida e l'indurimento inizia solo dopo a causa dell'irradiazione UV, non c'è stata alcuna formazione di sfere a 0 g come con l'acqua, per esempio. Questo è stato dimostrato nei test in cui abbiamo stampato senza radiazione UV e quindi senza indurimento. L'adesivo utilizzato ha una viscosità molto alta. I test di stampa in un ambiente sotto vuoto non sono ancora stati eseguiti.
4. Durante la serie di test sono emersi nuovi valori aggiunti per l'industria spaziale?
Il team AIMIS-FYT: Siamo sicuri che il volo spaziale beneficerà di un processo come questo nel medio e lungo termine. Una tecnologia di produzione additiva che può essere utilizzata direttamente nello spazio contribuisce a ridurre i costi complessivi, a una maggiore flessibilità di progettazione e a una maggiore durata di un progetto spaziale. Questo è particolarmente importante in tempi di "NewSpace", dove le missioni sono sempre più effettuate da soggetti privati
5. Qual è il futuro del progetto? Nuove attività, nuovi progetti? Si tradurrà in progetti reali da realizzare nello spazio?
Squadra AIMIS-FYT: Attualmente stiamo lavorando allo sviluppo di un'applicazione per i sistemi spaziali basata sui fondamenti che siamo stati in grado di raccogliere. Tuttavia, questo richiede anche una grande quantità di ulteriori ricerche di base. Per esempio, abbiamo bisogno di dare uno sguardo più profondo al materiale di stampa utilizzato. Le proprietà del materiale sono fortemente influenzate nello spazio. Per esempio, dobbiamo trovare un materiale che possa essere indurito nel vuoto, che mantenga le sue proprietà sia alle alte che alle bassissime temperature e che non sia attaccato dall'ossigeno atomico nell'atmosfera residua della Terra. Un altro aspetto sarà che dobbiamo raggiungere un'alta stabilità di processo per non compromettere le missioni future.