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Descubre como la impresión 3D podría cambiar los viajes espaciales

02 Mar 2015, Posted by naotech in Blog English
Viajes espaciales

La evolución de la impresión 3D no solo se ha concentrado en la automoción, medicina o arquitectura. Ahora operar desde el espacio ya es una realidad desde noviembre del 2014, cuando la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI) realizó su primera prueba de impresión 3D. El equipo para esta primera prueba fue fabricado por la compañía estadounidense “Made In Space” y fue realizado con la idea de que sea posible la impresión en tres dimensiones de plásticos en el espacio. Evidentemente las condiciones no son las mismas y por tanto su mecanismo fue modificado para que pueda operar en condiciones distintas a la Tierra.

Los artefactos construidos en esos experimentos ya están de vuelta a la Tierra, para ser analizados por la NASA con el objetivo de evaluar la efectividad de la impresión 3D en un ambiente sin gravedad.

En caso de que investigación otorgue los resultados esperados ya se estudia la posibilidad de utilizar la impresión 3D eventualmente durante potenciales misiones que se realicen a Marte. Además de ofrecer la posibilidad de tener piezas de recambio en el espacio, sin tener que esperar a que llegue el repuesto en un cohete desde la Tierra.

La Agencia Espacial Europea comprende que las impresoras 3D y la tecnología de impresión 3D podrían transformar todo lo que pensamos acerca de las misiones espaciales. Echemos un vistazo a los 10 modos en que la impresión en 3D podría cambiar los viajes espaciales, cortesía de científicos de la ESA.

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1- Productos “imposibles” hechos posibles

Una gran ventaja de la impresión 3D es la capacidad de la tecnología para la fabricación de artículos que son otras tecnologías de fabricación serían difíciles o imposibles de construir. Por ejemplo, una bola enrejada de titanio impreso en 3D tiene un interior hueco con una geometría interna compleja.

“Este diseño es un ejemplo perfecto de la fabricación aditiva (AM)”, dijo el ingeniero de materiales de ESA Benoit Bonvoisin en un comunicado. “Estas bolas son huecos con una geometría externa compleja, haciéndolos increíblemente ligeros sin dejar de ser rígidos. Simplemente no podrían haber sido fabricados en una sola pieza, de forma convencional.”

La ligereza y la rigidez de la pelota hacen que sea un buen material para la construcción de estructuras como satélites ultraligeros.

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2- Diseños de computadora llevados al mundo real

Los diseños creados con un ordenador pueden hacerse físicos utilizando la impresión 3D. El proceso de “fabricación aditiva” (AM) produce artículos mediante la impresión capa por capa, en lugar de la talla típica de un solo bloque hecho en la “fabricación sustractiva”. Es posible producir cualquier cosa que se adecúe al proceso de impresión mediante el diseño en el ordenador, que luego es como rebanado digitalmente para planificar su construcción física. La impresión puede utilizar la fusión de materiales en polvo o de alambre, de plástico o metal.

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3- Nuevas reglas para el diseño

La fabricación aditiva puede transformar las actuales normas para el diseño. Las reglas de diseño tradicional a menudo implican encontrar la manera de usar una herramienta de corte para acceder a la masa mayor, eliminando el material excedente para revelar la última parte, explicó Laurent Pambaguian de Materiales Sección de Tecnología de la ESA. La fabricación aditiva no elimina todas las restricciones, pero permite que la gente se aleje de la mentalidad tradicional “diseño para la fabricación de” y lo reemplacen con el “diseño para la necesidad.”

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4- Bajo volumen significa bajos gastos

La impresión 3D puede ayudar a los esfuerzos de exploración espacial a superar el tradicional problema de necesitar sólo una cantidad relativamente pequeña de las piezas, pero extremadamente bien hechas. A menudo se necesitan sólo unas pocas libras de material, cuando los proveedores sólo lo ofrecen en toneladas. Otros procesos permanecen efectivamente fuera del alcance, como el moldeo por inyección de metal. El coste del molde sólo podría justificarse económicamente por la producción de 100.000 unidades a partir de ese molde. La fabricación aditiva podría reemplazar a esa tecnología inaccesible.

additive-manufacturing-process 5- Modelado – Rápido y sencillo

Los ingenieros de la ESA ya han comenzado a implementar la fabricación aditiva en sus rutinas. La Instalación de Diseño Concurrente de la agencia espacial utiliza herramientas informáticas y multimedia en red para trazar rápidamente las futuras misiones espaciales. Si se incorporase una impresora 3D de plástico en el equipo se podrían formar fácilmente un modelo a escala de sus naves espaciales virtuales, hecha del mismo plástico que se utiliza en piezas de Lego. Otros ingenieros han utilizado piezas metálicas impresas en 3D encargadas a empresas externas para reinstalar o reparar el equipo a gran escala en el Centro de Ensayos ESTEC, el líder de colección de instalaciones de simulación de vuelos espaciales de Europa.

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6- Testeo de elementos impresos en 3D

Los ingenieros de materiales de la ESA pueden ganar confianza en la impresión 3D como vía principal para alcanzar los exigentes niveles de calidad necesarios para las misiones espaciales, mediante la reproducción de elementos que ya han estado espacio. El primer artículo producido en 2009 era una copia de titanio de un acero inoxidable “woov” (válvula de cierre del agua) que voló en el módulo Columbus de la ESA de la Estación Espacial Internacional como un componente de la plomería. El “woov” contenía ambas paredes gruesas y delgadas, además de una soldadura. La versión impresa 3D permitió remover la soldadura, un punto débil, y cambiando el material redujo la masa del elemento en un 40 por ciento.

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7- También son testadas otras posibilidades

Ya se han probado con efectividad diversas vías en las que la impresión 3D es una solución más eficiente:

-Un soporte de la antena redujo su masa en un 46 por ciento.
-Un filtro de radio-frecuencia recortó en un 50 por ciento de su masa y su tiempo de fabricación se redujo en varias semanas.
-Posibilidad de crear geometría internas.

Personal de la sección de Ingeniería de Propulsión de la ESA han aprendido que la tecnología de impresión 3D podría proporcionar una manera de construir las formas extremadamente complejas sin incurrir en sobrecostes.

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8- Entramado para bajo peso

El enrejado tipo “honeycombe” visto en las bolas de titanio puede ayudar a reducir la masa y el coste de las cámaras de cohetes y boquillas. Estos entramados también pueden mejorar la capacidad de resistencia térmica, de vital importancia para los motores que puede elevarse a 4.500 grados Fahrenheit (2.500 grados Celsius).

Los enrejados proporcionan un área superficial mucho mayor en comparación con elementos sólidos, lo que permite el enfriamiento.

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9- Pequeños pasos para el espacio primero

El uso rutinario de la impresión 3D y sus productos en el espacio sigue siendo una cosa del futuro. Aún se continúan investigando las limitaciones que presenta al estar en diferentes condiciones respecto a la tierra: problemas de post-procesamiento del material, revestimiento de la superficie y la necesidad de nuevos estándares de calificación.

Algunas piezas impresas en 3D ya han viajado hasta la órbita, incluyendo una caja de herramientas de plástico impresa en 3D, que voló hasta el módulo Columbus de la Estación Espacial Internacional el año pasado.

ESA y la Comisión Europea se han embarcado en un proyecto para perfeccionar la impresión de los componentes de metal de calidad espacial, titulado como “El proyecto AMAZE – fabricación aditiva apuntando hacia Basura Cero y Producción Eficiente de Productos de Alta Tecnología en Metal”.

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10- Visiones a futuro para el espacio

La fabricación aditiva podría transformar radicalmente las misiones espaciales tal y como las conocemos hasta la fecha. La ESA cuenta con un proyecto en marcha para diseñar una base lunar usando roca lunar en impresión 3D. Por otro lado, las misiones tripuladas podrían llevar a una impresora 3D para mantener la funcionalidad completa de vuelos de larga duración muy distantes de la Tierra ya que los astronautas podrían utilizar las impresoras 3D para reemplazar objetos rotos. La agencia espacial ha validado este enfoque mediante la fabricación y el testeo funcional de partes que necesitaron de reparación durante misiones tripuladas en el pasado, incluyendo tornillos, abrazaderas y hasta guantes de plástico.

Los satélites podrían auto-imprimir nuevos subsistemas para proporcionar nuevas capacidades. Se podrían fabricar piezas delicadas en órbita, evitando la necesidad de diseñar partes para soportar las tensiones de lanzamiento.

 

Via SPACE

 



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