La adopción comercial generalizada de tecnologías de fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, no es una sorpresa para los ingenieros de diseño del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, cuya investigación creó materiales más fuertes y livianos y nuevos procesos de fabricación para hacer piezas de cohetes.
RAMPT de la NASA (Análisis rápido y fabricación de tecnología de propulsión) está a la vanguardia de la fabricación aditiva, ayudando a la agencia y a la industria a producir nuevas aleaciones y piezas fabricadas de forma aditiva, comúnmente conocidas como impresión 3D, según Paul Gradl, coinvestigador principal del proyecto en NASA Marshall.
“En el legado histórico de la NASA en el diseño, prueba e integración de vehículos y hardware, nuestra fortaleza subyacente radica en la aplicación de materiales extremadamente duraderos y aptos para entornos severos y en la fabricación innovadora para el diseño de componentes”, afirmó Gradl. “Nos esforzamos por comprender plenamente la microestructura y las propiedades de cada material y cómo se utilizarán finalmente en los componentes antes de ponerlos a disposición de la industria para aplicaciones de vuelo”.
El mismo principio se aplica a la fabricación aditiva, el meticuloso proceso de construir componentes y hardware una capa de material a la vez.
“El objetivo del proyecto RAMPT es apoyar la preparación comercial y técnica, permitiendo a nuestros socios industriales enfrentar los desafíos inherentes a la construcción de nuevas generaciones de sistemas de propulsión para la exploración del espacio profundo más seguros y rentables”, dijo John Fikes, gerente del proyecto RAMPT.
Desde su creación, RAMPT ha realizado 500 pruebas de encendido de inyectores, boquillas y hardware de cámara impresos en 3D, que duraron más de 16.000 segundos, utilizando aleaciones para entornos extremos recientemente desarrolladas, procesos de fabricación aditiva a gran escala y tecnología avanzada de compuestos. El proyecto también ha comenzado a desarrollar una versión a escala real del potente motor RS-25, que, según los expertos, podría reducir sus costos hasta en un 70% y reducir el tiempo de fabricación a la mitad.
A medida que las estructuras impresas se hacen más grandes y complejas, un área de interés importante es la escala de impresión de la fabricación aditiva. Hace una década, la mayoría de las piezas impresas en 3D no eran más grandes que una caja de zapatos. Hoy, los investigadores de la fabricación aditiva están ayudando a la industria a producir componentes de motores de cohetes más livianos, más robustos y de diseño intrincado de 3 metros de alto y 2,5 metros de diámetro.
“La NASA, a través de asociaciones público-privadas, está poniendo estos avances al alcance de la industria espacial comercial para ayudarles a desarrollar rápidamente nuevas tecnologías de vuelo propias”, dijo Gradl. “Estamos resolviendo desafíos técnicos, creando nuevas cadenas de suministro de piezas y materiales y aumentando la capacidad de la industria para entregar rápidamente hardware confiable que acerque cada vez más una infraestructura espacial comercial con mucha actividad”.
El proyecto RAMPT no solo desarrolla la tecnología final, sino también los medios para comprenderla plenamente, sea cual sea su aplicación. Esto implica desarrollar herramientas de simulación de vanguardia que puedan identificar la viabilidad de nuevas aleaciones y compuestos a nivel microestructural, evaluando cómo soportan los rigores abrasadores del despegue, el frío extremo del espacio y las tensiones dinámicas asociadas con los despegues, los aterrizajes y los largos tránsitos entre ambos.
La estrategia de la NASA para fomentar la participación comercial y académica es ofrecer oportunidades de asociación público-privada, en las que la industria y la academia contribuyen hasta con un 25% de los costos de desarrollo del proyecto, lo que les permite cosechar los beneficios.
Por ejemplo, la NASA entregó con éxito una versión refinada de una aleación, conocida como GRCop42creado en la NASA Glenn hace casi 40 años, que ayudó al proveedor de lanzamiento comercial, Relativity Space, a lanzar el primer cohete completamente nuevo. Cohete impreso en 3D en marzo de 2023.
“Nuestro objetivo principal con estas aleaciones de mayor rendimiento es probarlas en un entorno de prueba de motores de cohetes y luego entregarlas para permitir que los proveedores comerciales construyan hardware, hagan volar vehículos de lanzamiento y fomenten una infraestructura espacial próspera con recompensas científicas, sociales y económicas reales”, dijo Gradl.
Un beneficio clave del desarrollo de hardware de fabricación aditiva es la reducción radical del ciclo de “diseño-falla-reparación”: cuando los ingenieros desarrollan un nuevo hardware, lo prueban en tierra hasta que falla para determinar los límites de diseño del hardware en todas las condiciones posibles y luego lo ajustan en consecuencia. Esa capacidad es cada vez más importante con la creación de nuevas aleaciones y diseños, nuevas técnicas de procesamiento y la introducción de Envolturas compuestas y otras innovaciones.
El proyecto RAMPT hizo exactamente eso: logró desarrollar con éxito nuevas aleaciones y procesos de fabricación aditiva, integrándolos con compuestos de fibra de carbono para reducir el peso hasta en un 40%, desarrollando y validando nuevas herramientas de simulación y poniendo todos estos datos a disposición de la industria a través de asociaciones público-privadas.
“Podemos entregar prototipos en semanas en lugar de años, realizar docenas de pruebas terrestres a escala en un período que permitiría solo una o dos pruebas de este tipo de hardware fabricado de manera convencional y, lo más importante, ofrecer soluciones tecnológicas que sean más seguras, más livianas y menos costosas que los componentes tradicionales”, dijo Gradl.
Fikes añadió: “Dentro de diez años, podríamos estar construyendo motores de cohetes –o los cohetes mismos– a partir de materiales completamente nuevos, empleando técnicas de procesamiento y fabricación completamente nuevas. La NASA es fundamental en todo eso”.
El proyecto RAMPT sigue avanzando y recibiendo el reconocimiento de la NASA y de los socios de la industria. El 31 de julio, el equipo de RAMPT recibió el premio Invención del año 2024 de la NASA por su excelencia y sus contribuciones a los objetivos de exploración del espacio profundo de la NASA y de la industria comercial.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, dirige RAMPT, con el apoyo clave de ingenieros y tecnólogos del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland; el Centro de Investigación Ames en Mountain View, California; el Centro de Investigación Langley en Hampton, Virginia; y la Universidad de Auburn en Auburn, Alabama, además de contribuciones de otros socios académicos y contratistas de la industria. RAMPT está financiado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. Programa de desarrollo que cambia el juego dentro de la agencia Dirección de Misiones de Tecnología Espacial.
Obtenga más información en:
https://www.nasa.gov/rapid-analysis-and-manufacturing-propulsion-technology
Ramón J. Osorio
Centro Marshall de Vuelos Espaciales, Huntsville, Alabama
256-544-0034
ramon.j.osorio@nasa.gov
