Partendo dalla polvere lunare, le stampanti 3D Lithoz producono strumenti per una stazione lunare
È fantascienza? Niente affatto! La costruzione di case sulla Luna è molto più di una visione audace, grazie anche al programma internazionale Artemis, il cui obiettivo è stabilire una presenza autosufficiente sulla Luna. Nell’ambito di un progetto dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), la Lithoz GmbH di Vienna, specializzata in ceramiche tecniche per la produzione additiva, sta studiando come produrre strumenti e materiali da costruzione in polvere lunare direttamente in loco, con la stampa 3D. Il materiale viene testato con le macchine di prova ZwickRoell.
“Qualunque cosa un uomo può immaginare, altri uomini possono rendere reale.” (Da: Il giro del mondo in 80 giorni, Jules Verne)
Una casa in riva all'oceano o in montagna, chi non la desidera? Ma una casa sulla luna? Con vista sulla terra, sullo spazio e sulla Via Lattea? Quello che può sembrare uno scenario da film o da romanzi di fantascienza, è un progetto a cui ricercatori e scienziati, insieme alle agenzie spaziali internazionali, stanno lavorando da tempo, come nel caso della missione lunare Artemis. La visione: costruire, a breve o a lungo termine, una base spaziale sulla Luna. L'obiettivo: da lì, spingersi ancora più avanti nello spazio, fino a Marte, per continuare a esplorare il nostro sistema solare e forse anche a rintracciare ed esplorare nuove galassie sconosciute...
Per fare un grande passo avanti verso questo obiettivo, gli esperti ritengono che la costruzione di una stazione lunare sia necessaria e indispensabile a lungo termine. Questo avamposto, che esiste già in numerosi film di fantascienza, accorcerebbe notevolmente il lungo ed estremamente costoso viaggio dalla Terra alla Luna.
Principio ISRU: in situ resource utilization
La soluzione è: la regolite lunare, ovvero la polvere lunare. Sul satellite della Terra se ne trova in abbondanza e, secondo il principio ISRU (in situ resource utilization), potrebbe essere utilizzata in loco come materia prima per produrre i materiali da costruzione, gli strumenti e persino i mobili necessari per la base lunare. Lo scopo dell'ISRU nell'esplorazione spaziale è quello di raccogliere le risorse/materie prime disponibili, lavorarle e utilizzarle per sostituire i materiali che altrimenti dovrebbero essere importati dalla Terra.
Secondo i progetti a cui sta lavorando anche l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), una stazione lunare completa dovrebbe essere creata in questo modo, utilizzando la stampa 3D. In poche parole, basterebbe portare sulla Luna delle stampanti 3D per stampare i materiali e gli strumenti necessari. A tal fine, alcuni mezzi idonei raccoglieranno la polvere lunare e, con l'aggiunta di alcuni materiali supplementari, si potrà iniziare il processo di stampa. Un ulteriore vantaggio: secondo le stime degli esperti, sarebbe necessario solo l'1% delle materie prime necessarie per il materiale di stampa 3D, il che sarebbe vantaggioso anche in termini di riduzione dei costi.
La vera polvere lunare non è utilizzabile - test con materiale sintetico
Con il progetto Moon Dust, la Lithoz GmbH di Vienna sta affrontando questo particolare argomento e, dalla sua fondazione nel 2011, è diventata specialista e leader di mercato a livello mondiale nel campo dei sistemi di produzione additiva per ceramiche avanzate. Gli ingegneri dei materiali e i responsabili delle prove di Lithoz GmbH, fondata dai due laureati dell'Università di Tecnologia di Vienna (TU) e attuali dirigenti Johannes Benedikt e Johannes Homa, stanno lavorando a un processo per produrre strumenti e parti di usura da polvere di Luna sintetizzata utilizzando una stampante 3D, testandone inoltre le relative proprietà.
Sebbene sulla Terra siano presenti circa 400 chilogrammi di roccia lunare proveniente da precedenti missioni, essa è ormai inutilizzabile per gli attuali scopi sperimentali a causa dell'esposizione all'aria e all'umidità, avendo inoltre perso la sua reattività chimica.
Attraverso materiali terrestri sintetizzati, gli scienziati producono i cosiddetti simulanti di regolite lunare con proprietà chimiche, meccaniche e ingegneristiche simili alla vera regolite lunare. Nell'ambito dello studio LUPIN con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), Lithoz GmbH ha sviluppato un metodo per elaborare la regolite con la sua tecnologia di stampa basata sulla litografia. Nella stampa 3D con tecnologia LCM, un impasto ceramico contenente un legante organico fotoreattivo viene esposto alla luce blu con precisione al pixel, strato per strato, indurendosi nei punti appropriati per produrre parti ceramiche allo stato verde con una resistenza meccanica impeccabile per la successiva lavorazione.
Dr. Homa: “La nostra tecnologia LCM, se si considera la qualità dei risultati, è leader e il gold standard nella stampa 3D LCM in ceramica.”
La stabilità della polvere lunare è testata con prove di compressione e di flessione a 3 punti
Se in futuro, grazie alla stampa 3D di Lithoz, si dovessero produrre componenti sulla Luna, anche il produttore di macchine di prova ZwickRoell condividerebbe il progetto e il suo eventuale successo. Per portare l'azienda al punto in cui si trova oggi, per quanto riguarda lo sviluppo delle macchine, i test sui materiali e lo sviluppo dei processi, i due fondatori Benedikt e Homa hanno lavorato con le macchine di prova ZwickRoell già ai tempi in cui erano studenti presso l'Università di Tecnologia di Vienna. "Abbiamo mosso i primi passi nella stampa 3D all'università. Per questo conosciamo e apprezziamo l'affidabilità e la precisione delle macchine di prova ZwickRoell", ha dichiarato Johannes Benedikt, CTO di Lithoz GmbH.
Infine, a novembre, sotto contratto con Lithoz GmbH, gli ingegneri dei materiali di ZwickRoell a Ulm hanno testato i campioni di polvere lunare precedentemente testati a Vienna per determinare se potessero essere utilizzati come materiale di base per strumenti o materiale da costruzione nello spazio, perché come è facile immaginare riuscire a reperire un ricambio sulla Luna non è propriamente un gioco da ragazzi.
“Un follow-up test in questi casi è sempre molto utile e ci aiuta a migliorare continuamente il processo", ha spiegato il CEO Dr. Homa. I due giorni di test hanno previsto prove di compressione e di flessione a 3 punti. "Per noi i test sulla regolite rappresentavano una novità, tuttavia siamo stati in grado di eseguirli in modo soddisfacente in base ai requisiti specifici del cliente", ha concluso Tobias Ebner, ingegnere dei materiali ZwickRoell responsabile dei test sui campioni per il progetto Moon Dust. Ha poi aggiunto: "La valutazione dei risultati dei test, se e in che misura il materiale sia adatto alla costruzione di una stazione lunare o se debba essere adattato, spetta ora al nostro cliente."
Attualmente, i risultati e le conclusioni dei test di qualità di due giorni eseguiti da Lithoz GmbH sono in fase di analisi e di discussione con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), ed in seguito pubblicati.
“Siamo molto rinomati nella comunità scientifica".
Nella sua brillante ascesa nel campo della stampa 3D in ceramica, Lithoz GmbH si distingue per una straordinaria combinazione, che potrebbe presto essere ascoltata - o più precisamente vista - dallo spazio: dalla ricerca di base alla ricerca applicata allo sviluppo di prodotti operativi - utilizzabili a livello industriale - e pronti per il mercato, Lithoz GmbH offre un know-how completo nel campo della stampa 3D con soluzioni su misura. Questo è uno dei motivi per cui l'ESA (Agenzia Spaziale Europea) è uno dei suoi partner e collabora strettamente con l'azienda austriaca. Inoltre, grazie alla formazione universitaria dei due dirigenti, essi mantengono ottimi contatti con la comunità scientifica dove l'azienda è ben conosciuta, ha dichiarato il Dr. Johannes Homa (CEO). Nonostante il successo imprenditoriale: Lithoz GmbH rimane con i piedi per terra: l'azienda conta più di 135 dipendenti, produce e sviluppa principalmente nella sede centrale di Vienna e si affida a una stretta collaborazione con esperti dei settori della ricerca, della scienza e dell'industria.
Spingersi oltre i limiti del possibile e avanzare in nuovi ambiti
Secondo il CEO di Lithoz Dr. Homa, ci vorrà ancora qualche giro del sole intorno alla Terra prima che inizi la costruzione di una stazione spaziale sulla Luna. Sottolinea che il percorso verso la Luna non sarà facile. Ma è già pianificato e spianato. È quindi solo una questione di tempo prima che venga costruita una stazione base sulla Luna. Lithoz GmbH è sulla buona strada per adempiere alla sua missione di fornire una stampa ceramica di alta qualità e di spingersi continuamente oltre i confini. "Vogliamo contribuire a far sì che le persone si avventurino in galassie sconosciute ed esplorino nuovi mondi", affermano gli specialisti della ceramica, spiegando le aspirazioni dell'azienda.
"La costruzione di una stazione lunare sarà un passo importante per i viaggi nello spazio e una pietra miliare per l'umanità. Noi di Lithoz GmbH siamo pronti a far parte di questo emozionante viaggio e sviluppo". Mr. Benedikt aggiunge: "Non passeremo inosservati a chiunque voli verso la Luna. In qualità di partner affidabile, ZwickRoell ci ha fornito una base di dati molto importante, ottenendo informazioni fondamentali per questa missione. Con l'aiuto di ZwickRoell, abbiamo fatto un notevole passo avanti. Vorremmo - nel vero senso della parola - raggiungere le stelle, rendere possibile l'immaginabile e realizzarlo nello spazio utilizzando la nostra esperienza".
