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La stampa 3D porta i circuiti elettronici nello spazio: così si apre una nuova era

di Paolo Subioli on 11 Aprile 2019

La stampa 3D di PCB e circuiti elettronici è ormai arrivata a un punto di maturazione talmente avanzato che è entrata a pieno titolo nel settore a maggiore complessità, quello dell’aerospazio. Tre notizie arrivate nelle ultime settimane danno la misura di quanto tutto ciò sia concreto. La prima è l’approvazione del brevetto, negli Stati Unito e in Corea, per l’inchiostro dielettrico destinato alla stampa 3D di materiali elettronici, sviluppato da Nano Dimension, che porterà questa tecnologia nella Stazione Spaziale Internazionale. Poi la notizia che il nostro cliente Thales Alenia Space ha cominciato ad adottare la stampa 3D per produrre in serie alcuni componenti per i satelliti di telecomunicazione basati sulla piattaforma all-electric Spacebus Neo. Infine la decisione della NASA di stanziare 2 milioni di dollari per lo sviluppo di sensori multidimensionali stampati in 3D.

L’inchiostro dielettrico di Nano Dimensione sulla Stazione Spaziale Internazionale

L’inchiostro dielettrico è un materiale speciale, basato sulle nano-particelle, che viene utilizzato nella stampa 3D per realizzare le parti non conduttive. L’inchiostro dielettrico di Nano Dimension riesce a fornire prestazioni eccellenti per le comunicazioni ad alta frequenza fino a 6 GHz, con performances del circuito paragonabili a quelle dei circuiti sviluppati utilizzando tecniche di produzione convenzionali. Questo tipo di prestazioni, combinato con la leggerezza dell’inchiostro e le proprietà dielettriche, ha reso DragonFly Pro – il sistema e la tecnologia di produzione additiva di precisione di Nano Dimension – molto attraente per il settore spaziale. Risulta promettente, in particolare, nel campo emergente dei mini satelliti, dove peso e dimensioni sono requisiti di progettazione determinanti.

inchiostro dielettrico stampa 3D

Così si presenta al microscopio uno degli inchiostri dielettrici fotopolimerici sviluppati da Nano Dimension

Nel brevetto approvato viene utilizzata una nuova composizione e un nuovo metodo per formare un materiale termoindurente stampabile con eccellenti proprietà fisiche. Ciò è ideale per tavole termoindurenti, fogli e / o film potenzialmente utili per formare elementi di alloggiamento di vari dispositivi che richiedono alte prestazioni.

“L’approvazione di questo brevetto è un altro passo nel nostro percorso per cambiare radicalmente il modo in cui vengono realizzate le parti elettroniche e aggiungere valore ai processi di progettazione e produzione”, ha detto Amit Dror, CEO di Nano Dimension. “I circuiti a radiofrequenza come gli amplificatori e le antenne prodotte con la stampa additiva, grazie alla nostra DragonFly Pro, saranno testati sulla Stazione Spaziale Internazionale come parte di un progetto congiunto di Harris e Space Florida. Siamo molto entusiasti di questo progetto e del suo enorme potenziale nello sviluppo di applicazioni innovative per lo spazio.”

Stazione Spaziale Internazionale

Gli elementi che compongono la Stazione Spziale Internazionale (aprile 2016)

La stampa 3D in serie per satelliti e veicoli spaziali

La stampa 3D non è proprio un novità, nello spazio, perché protagonisti come Thales Alenia Space e Leonardo – entrambi clienti Cadlog – già hanno attuato diverse iniziative nel campo. Nel 2015 una partnership tra le due società portò al lancio del satellite TürkmenÄlem MonacoSat, dotato di supporti in alluminio per le antenne stampati in 3D, poi diventati tecnologia standard per via della loro leggerezza. I satelliti per telecomunicazioni Koreasat 5A e 7, messi in orbita nel 2017, erano dotati delle più grandi componenti per veicoli spaziali stampati in 3D in Europa. Oggi la società francese ha deciso di fare il salto e produrre in serie alcuni componenti per i satelliti di telecomunicazione basati sulla piattaforma Spacebus Neo. In questo splendido video sullo Spacebus Neo è possibile cogliere l’importanza di soluzioni modulari nella produzione di satelliti.

Sullo Spacebus Neo ci saranno quattro staffe in alluminio per le ruote di reazione e 16 staffe di attivazione e puntamento dell’antenna (ADPM). Il ricorso alla stampa 3D è motivato dalle esigenze di mercato, dal momento che questa soluzione permette di ridurre i costo del 10%, accorciare i tempi di consegna di 1-2 mesi e diminuire l peso del 30%. Un’altra caratteristica interessante della stampa 3D è che essa permette di coniugare la produzione in serie con la personalizzazione, per adattare i dispositivi alle esigenze specifiche delle diverse missioni spaziali. I connettori e i raccordi per i cavi sono incorporati nel progetto complessivo, realizzato tramite un unico processo di stampa, che evita ulteriori fasi di assemblaggio.

I sensori multifunzione della NASA stampati in 3D

Il terzo progetto di cui vi parliamo è stato ideato da una scienziata bengalese della NASA, Mahmooda Sultana, la quale ha ricevuto un finanziamento di 2 milioni di dollari per sviluppare sensori multifunzione tramite stampa 3D destinati all’esplorazione spaziale.

Mahmooda Sultana

Mahmooda Sultana

Sultana, che lavora al centro spaziale di Goddard, a Washington D.C., Usa, ha detto: “Siamo davvero entusiasti delle possibilità di questa tecnologia”. Grazie al finanziamento, possiamo portare questa tecnologia ad un livello successivo e offrire potenzialmente alla NASA un nuovo modo per creare piattaforme personalizzate di sensori multifunzione, che credo posso aprire la porta a tutti i tipi di missione e utilizzi”.

La scienziata aveva sviluppato prototipi di sensori multifunzione grazie a una stampante 3D sviluppata dalla Northeastern University. Questi sensori erano costituiti da vari nanomateriali, tra cui grafene e nanotubi di carbonio. Già in questa prima fase il team era riuscito ad ottenere una sensibilità che si avvicinata alle parti per milione, che è l’obiettivo della fase di sviluppo attualmente in corso. Potrà essere utile, ad esempio, misurare la concentrazione in parti per milione di elementi come l’ammoniaca e il metano nell’atmosfera.

I 2 milioni di finanziamento serviranno al team di Sultana soprattutto per sviluppare spettrometri più piccoli. Utilizzati per misurare le proprietà della luce nello spettro elettromagnetico, gli spettrometri sono strumenti particolarmente utili per identificare i materiali. Tali dispositivi sono utilizzati in astronomia per comprendere la composizione di stelle e pianeti. Attualmente, i dispositivi di spettroscopia sono troppo grandi per essere trasportati nello spazio. La stampante 3D permetterà di realizzare gli spettometri insieme ad altri dispositivi multi-sensori in un’unica piattaforma.

La stampa 3D è oggi al centro dell’attenzione sia della NASA che di altre agenzie spaziali, in vista di future esplorazioni della luna e di Marte. Dispositivi multi-sensori come quelli sviluppati da Sultana potrebbero trovare alloggiamento nei rover e nei satelliti utilizzati per questo tipo di missioni.

Scopri le potenzialità della stampa 3D in elettronica con un caso d’uso concreto:

Scarica il caso d’uso di rilavorazione agile di un PCB BGA

BGATutti i dettagli di un caso concreto, nel quale una società europea, leader nel settore delle comunicazioni e dei sensori, a 2 giorni dalla consegna di 24 prototipi di circuiti stampati con BGA, si è trovata di fronte a un errore di progettazione. L’unica soluzione possibile per rispettare i tempi e non perdere il cliente, è stato ricorrere alla stampa in 3D.

Paolo SubioliLa stampa 3D porta i circuiti elettronici nello spazio: così si apre una nuova era

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