Metal AM consente agli studenti universitari di sviluppare un concetto economico di turbopompa a razzo

30 agosto 2023

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Due studenti universitari, Zachary Lesan e Patrick Watson, del programma di scienze dell'ingegneria aerospaziale dell'Università del Colorado Boulder, hanno collaborato con esperti di CFTurbo, Velo3D, Silicon Valley Elite Manufacturing, EMP e altri per sviluppare un concetto di turbopompa a razzo economico e affidabile . Durante i loro stage sul campo, i due hanno stretto rapporti con progettisti senior di Space X e Launcher che li hanno aiutati a comprendere i percorsi per risolvere le sfide più urgenti relative alla progettazione di razzi e alla creazione di componenti ideali, monoblocco e ad alte prestazioni per lo spazio.

Zach Lesan, il leader originale di questo team universitario di due persone, ha avuto l'idea del progetto nel gennaio 2021 durante il suo primo anno di studi universitari. Watson si è unito e ha assunto la maggior parte delle responsabilità verso la fine del 2022, dopo che Lesan si era laureato e aveva iniziato uno stage presso SpaceX.

"Ho iniziato questo progetto perché amavo i razzi e le turbomacchine", ha condiviso Lesan. “Sapevo come funzionavano i motori a razzo a stato solido e li avevo progettati in passato mentre ero al liceo. Tuttavia, i razzi a propulsione liquida hanno catturato la mia immaginazione. Volevo davvero capire tutti i dettagli”.

"Ho affrontato il problema frontalmente", ha aggiunto Lesan. "È stata un'enorme opportunità per apprendere la progettazione di componenti, la progettazione di assiemi complessi, il CAD, i principi di progettazione della stampa 3D e una varietà di soluzioni di modellazione software per i problemi dei principi primi."

Imparare a risolvere problemi di ingegneria è stato un ovvio vantaggio dell'impresa. Tuttavia, il processo di progettazione e costruzione della turbopompa presentava ulteriori sfide da superare. Il compito più difficile, ma forse più gratificante, è stato quello di collaborare con partner del settore che potessero offrire produzione additiva, lavorazione meccanica, parti standard come guarnizioni e dispositivi di fissaggio e consulenza. In genere, tali sforzi sono gestiti da manager esperti. Tuttavia, Lesan e poi Watson hanno fatto dell’acquisizione di partnership un elemento importante per spostare il supporto e la produzione oltre il laboratorio di produzione gestito dalla scuola verso siti industriali più avanzati.

Nelle prime fasi del progetto, Lesan ha puntato alla costruzione di un unico pezzo e ha contattato il fornitore di produzione additiva in metallo Velo3D. Era consapevole che le loro capacità di costruzione Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB) erano cruciali per la produzione del motore SpaceX Raptor. Questa indagine ha portato a una conversazione con il vicepresidente delle vendite globali e dello sviluppo aziendale di Velo3D, Zach Murphee, e il direttore delle vendite tecniche, Gene Miller. Entrambi gli individui hanno incoraggiato Lesan e hanno offerto la tecnologia e i servizi dell'azienda per il progetto.

"Zach e Gene erano super entusiasti del progetto", ha detto Lesan. “E la loro eccitazione mi ha spinto a impegnarmi ulteriormente. Le capacità di progettazione delle stampanti Velo3D e il loro incoraggiamento personale alla fine mi hanno spinto a seguire l’intero processo di progettazione della turbopompa”.

Dopo la chiamata di Lesan a Velo3D, si è verificata un'altra svolta. Con la riprogettazione della turbopompa in corso, Lesan incontrò Patrick Watson, che presto sarebbe diventato il suo co-progettista, presso il CU Sounding Rocket Laboratory (CUSRL). Lì scoprirono un interesse condiviso per le turbomacchine e iniziò la loro joint venture. "Zach [Lesan] mi ha mostrato la sua presentazione tecnica e sono rimasto stupefatto da quanto fosse tecnicamente avanzata", ha affermato Watson.

“Patrick è intervenuto nel periodo di Natale 2021”, ha aggiunto Lesan. “Ho saputo che stava lavorando sulle turbomacchine attraverso il suo tirocinio presso Launcher [una società Vast]. Ciò ha posto le basi per la nostra collaborazione proprio lì. Patrick ha imparato sempre di più sul mio progetto iniziale all'inizio del 2022, e poi quell'anno ha rilevato interamente il nostro progetto in termini di produzione di parti e collaborazione con i partner. Ha continuato con i disegni, i documenti di produzione, i CFD e i risultati finali."

Gli ultimi cinque anni hanno visto progressi significativi nella tecnologia spaziale e missilistica. Ingegneri indipendenti e società commerciali stanno lavorando alla progettazione di razzi costituiti da un unico componente e al consolidamento degli approcci produttivi. L’obiettivo, condiviso da Lesan e Watson, è ridurre la dipendenza dalle tradizionali tecniche di lavorazione, fusione, brasatura e giunzione, che limitano le prestazioni funzionali, diminuiscono l’affidabilità e dipendono da una catena di fornitura in diminuzione.