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#Novedades de la industria
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vipro-HEAD 5 es apto para su uso en gravedad cero
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Los ensayos realizados por el equipo de AIMIS-FYT, con el apoyo de la ESA, fueron un éxito
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En el verano de 2020, ViscoTec informó sobre el proyecto del equipo AIMIS-FYT, que utiliza un cabezal de impresión 3D estándar de ViscoTec. El proyecto pretende demostrar un proceso de impresión 3D que puede utilizarse para producir estructuras para paneles solares, antenas u otras instalaciones en el espacio
Debido a las restricciones del Coronavirus, los vuelos parabólicos con la Agencia Espacial Europea ESA tuvieron lugar en noviembre de 2020 desde el aeropuerto de Paderborn-Lippstadt, y no en Burdeos como estaba previsto. Además de la clara constatación de que la preparación es lo más importante, el equipo de estudiantes de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Múnich adquirió muchas otras ideas interesantes. En una conversación con Michael Kringer y Christoph Böhrer, del equipo de AIMIS-FYT, quedan claros los retos que hubo que superar y los resultados a los que condujeron los experimentos
1. ¿Tuvieron éxito las pruebas y ensayos durante los vuelos parabólicos?
Equipo de AIMIS-FYT: Podemos decir de entrada que estamos muy satisfechos con los resultados y que nuestras expectativas fueron incluso superadas. Antes de la campaña de vuelo, estábamos, por supuesto, muy entusiasmados con los experimentos en gravedad cero y no dejábamos de preguntarnos si todo funcionaría como habíamos imaginado y planeado. Durante el tiempo de preparación, hubo uno o dos problemas con los que tuvimos que lidiar. Ahora estamos más contentos porque la campaña se desarrolló sin problemas. Casi todos los experimentos funcionaron. Algunos incluso mejor de lo esperado. Pudimos demostrar con éxito que el proceso de impresión funciona en condiciones de gravedad cero.
2. ¿Qué se imprimió exactamente? ¿Qué resultados se obtuvieron?
Equipo de AIMIS-FYT: El objetivo era: Realizar experimentos en gravedad cero basados en las cuatro operaciones básicas de impresión de estructuras. Varillas rectas, varillas rectas con puntos de inicio/parada, varillas de flotación libre y conexiones entre varillas. Como disponíamos de un total de 90 parábolas para nuestros experimentos de impresión, modificamos aún más cada una de las operaciones básicas para probar diferentes métodos de impresión. Por ejemplo, durante los experimentos con varillas rectas, también imprimimos varillas en ángulo y probamos diferentes ángulos de aproximación de la boquilla (ángulo entre el eje de la boquilla y la placa de impresión). Aquí queríamos ver hasta qué punto un flujo de cizallamiento en la salida de la boquilla afecta al proceso de impresión. Las varillas en ángulo con voladizo, son mucho más difíciles de imprimir en condiciones de 1 g, ya que se comban fácilmente debido a su propio peso. En gravedad cero, las operaciones de impresión en ángulo han demostrado ser muy exitosas.
Además, algunos parámetros del proceso de impresión se modificaron sistemáticamente de un ensayo a otro para identificar deterioros y mejoras en el proceso de impresión
Los principales parámetros del proceso de impresión son, principalmente, la velocidad de impresión, la velocidad de extrusión de la resina, la intensidad de la luz ultravioleta y la trayectoria, es decir, la trayectoria de movimiento de la salida de la boquilla. El número de parámetros y las posibilidades de impresión de una varilla demuestran que incluso la impresión de una simple varilla recta puede volverse rápidamente compleja. Además de los cabezales de impresión ViscoTec, los componentes necesarios, como las agujas dispensadoras cónicas con bloqueo UV de Vieweg y un adhesivo de Delo, también contribuyeron al éxito de nuestros experimentos. Probamos la resina mucho antes de la campaña y la comparamos con otros adhesivos. Un adhesivo catatónico y, al mismo tiempo, de curado rápido con poca contracción de volumen resultó ser el mejor para nuestros requisitos
Todo el proceso de impresión fue supervisado por cámaras y sensores. Se montaron una cámara de detalle y una cámara de imagen térmica para que siguieran en paralelo el movimiento de la vipro-HEAD 5, el corazón de nuestra impresora. Así pudimos demostrar que la vipro-HEAD 5 también es adecuada para un uso fiable en gravedad cero. Se utilizó una cámara de alta resolución para observar permanentemente la resina que sale de la boquilla. La cámara de imagen térmica se utilizó para documentar la reacción exotérmica de la resina a la salida de la boquilla y a lo largo de la varilla
Con la ayuda de estos datos, esperamos poder controlar mejor y, por tanto, optimizar el proceso de impresión en el futuro. En conclusión, podemos decir que todas las operaciones de impresión pueden realizarse en 0 g, es decir, en gravedad cero. En las últimas parábolas incluso combinamos diferentes operaciones básicas y, por tanto, imprimimos con éxito un pequeño braguero formado por cinco varillas. También se imprimieron varillas de flotación libre. Estas funcionaron hasta cierto punto, pero sin una placa de impresión como punto fijo, el proceso de impresión es inestable y muy propenso a fallar. Cualquier pequeña desviación en microgravedad afecta inmediatamente a la dirección de extrusión de la resina desde la boquilla. Habría que desarrollar un proceso más estable para la operación de impresión en flotación libre.
3. También se podrían observar vuelos de simulación para la gravedad de la Luna y Marte. ¿Cómo afecta esta diferencia a la impresión 3D y, en especial, a la impresión fluida?
El equipo de AIMIS-FYT: El hecho de que la ESA nos invitara a una segunda campaña de vuelos, la llamada "Campaña Parcial", fue una sorpresa total y nos hizo muy felices. Esto nos permitió realizar los mismos experimentos en condiciones de gravedad lunar y marciana en otras 90 parábolas. No tuvimos mucho tiempo entre las dos campañas para realizar cambios importantes en el experimento. En general, los experimentos demostraron que todas las operaciones de presión pueden realizarse en cualquier gravedad (0 g, Luna y Marte). En realidad, no hay grandes diferencias
En las pruebas en las que la varilla está fijada por una placa de presión, el proceso de impresión a 0 g tiende a ser mejor. Aquí es más fácil imprimir voladizos porque falta la fuerza de atracción. En cambio, las varillas que flotan libremente se producen mejor a baja gravedad (luna). Aquí la fuerza de atracción es muy baja, pero la varilla está estabilizada por una dirección de atracción definida. Aunque la resina se extruye de la boquilla en forma líquida y el curado sólo comienza después debido a la irradiación UV, no se produjo la formación de esferas en 0 g como con el agua, por ejemplo. Esto se demostró en las pruebas en las que imprimimos sin radiación UV y, por tanto, sin curado. El adhesivo utilizado tiene una viscosidad muy alta. Todavía no se han realizado pruebas de impresión en un entorno de vacío.
4. ¿Han surgido nuevos valores añadidos para la industria espacial durante la serie de pruebas?
Equipo de AIMIS-FYT: Estamos seguros de que los vuelos espaciales se beneficiarán de un proceso como éste a medio y largo plazo. Una tecnología de fabricación aditiva que puede utilizarse directamente en el espacio contribuye a reducir los costes totales, a aumentar la flexibilidad del diseño y a incrementar la vida útil de un proyecto espacial. Esto es especialmente importante en tiempos del "NewSpace", donde las misiones son llevadas a cabo cada vez más por actores privados
5. ¿Cuál es el futuro del proyecto? ¿Nuevas actividades, nuevos proyectos? ¿Se traducirá en proyectos reales para su aplicación en el espacio?
El equipo de AIMIS-FYT: Actualmente estamos trabajando en el desarrollo de una aplicación para sistemas espaciales basada en los fundamentos que hemos podido reunir. Sin embargo, esto también requiere una gran cantidad de investigación básica adicional. Por ejemplo, tenemos que profundizar en el material de impresión utilizado. Las propiedades del material están muy influenciadas en el espacio. Por ejemplo, tenemos que encontrar un material que pueda endurecerse en el vacío, que conserve sus propiedades tanto a altas como a muy bajas temperaturas y que no sea atacado por el oxígeno atómico de la atmósfera residual de la Tierra. Otro aspecto será que tenemos que conseguir una gran estabilidad de proceso para no poner en peligro futuras misiones.