ESA e Zortrax eseguono la stampa 4D per lo spazio

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Rompendo le barriere e ridefinendo il futuro, il produttore polacco di stampanti 3D Zortrax ha aperto la strada allo sviluppo di tecnologie di stampa 4D dopo un progetto durato un anno con l’Agenzia spaziale europea (ESA) per far avanzare l’esplorazione dello spazio.

Sfruttando la potenza della stampante 3D M300 Dual di Zortrax e una versione su misura di Z-SUITE, il loro software di stampa 3D proprietario, il team di ricerca e sviluppo di Zortrax ha creato complesse strutture 3D. Questi progetti all’avanguardia sono stati costruiti utilizzando polimeri a memoria di forma e materiali elettricamente conduttivi, che agiscono rispettivamente come attuatori e riscaldatori reattivi.

La collaborazione di questi materiali ha prodotto dimostratori tecnologici in grado di esibire tre tipi di movimenti: flessione, torsione e dispiegamento. Sorprendentemente, ogni movimento può essere attivato premendo un pulsante. Con la conclusione positiva di questo ambizioso progetto, Zortrax si trova ora sulla soglia di progetti avanzati con un sostanziale potenziale di finanziamento, pronti a promuovere lo sviluppo di questa tecnologia e portare la stampa 4D attivata elettricamente nel regno delle missioni spaziali.

Utilizzando la sua tecnologia di stampa 3D a doppia estrusione con materiali avanzati, il processo può costruire meccanismi affidabili e leggeri. Inoltre, questi meccanismi funzionano indipendentemente da attuatori, motori o circuiti di controllo separati, segnando un significativo passo avanti per altri settori ad alta tecnologia, tra cui l’aviazione, la produzione di energia e la difesa.

Addentrarsi nel mondo della stampa 4D svela l’intrigante quarta dimensione: il tempo. Con il tempo come variabile aggiuntiva, gli oggetti stampati possono adattare la loro geometria e altre proprietà in risposta a vari stimoli, come temperatura, umidità o corrente elettrica, proprio come una struttura di origami che si apre quando viene riscaldata.

Il concetto ha iniziato a prendere piede intorno al 2013, quando Skylar Tibbits, co-direttore del Self-Assembly Lab presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha iniziato a discutere e promuovere il concetto in varie conferenze tecnologiche. Di conseguenza, a Tibbits viene spesso attribuito il merito di aver coniato il termine “stampa 4D”.

Secondo Michał Siemaszko, responsabile ricerca e sviluppo di Zortrax, "la stampa 4D ha suscitato molto interesse nel settore spaziale perché, in teoria, la tecnologia potrebbe consentire agli ingegneri e ai progettisti di missione di ridurre il peso delle strutture dispiegabili come antenne, bracci o varie strutture sensori. Il peso di tali strutture realizzate tradizionalmente è sempre la somma della struttura stessa e del meccanismo per dispiegarla. Ma se fosse possibile eliminare del tutto i meccanismi di dispiegamento, potrebbero essere resi ancora più leggeri e più piccoli."

Dimostratore di spiegamento attivato elettricamente realizzato con tecnologia di stampa 4D. Immagine gentilmente concessa da Zortrax.

Sebbene la promessa della stampa 4D sia innegabile, non è priva di ostacoli. Ad esempio, la tecnologia richiede materiali “intelligenti” adeguati che possano trasformare in modo affidabile la loro forma o proprietà nel tempo in risposta a stimoli specifici. Inoltre, controllare l’ambiente per innescare questi cambiamenti, in particolare nelle dure condizioni dello spazio, rappresenta una sfida unica. Tuttavia, grazie ai finanziamenti dell’ESA, Zortrax ha lavorato su un concetto per risolvere questi problemi.

“Lo stimolo più comunemente utilizzato per l’attivazione dei meccanismi stampati in 4D è la temperatura. Guardando alle applicazioni spaziali, l’ampiezza del cambiamento di temperatura può essere molto grande e anche se può essere utilizzata come innesco per l’attivazione del cambiamento di forma, può essere difficile da "Il controllo avviene in modo graduale. Quindi nei sistemi spaziali è più facile controllare l'ingresso elettrico", afferma Ugo Lafont, ingegnere fisico e chimico dei materiali presso l'ESA. "L'idea alla base di questo progetto era quella 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 mantenendo la loro capacità di fornire movimento e attuazione controllati e su richiesta."