La tecnologia di stampa 3D, che utilizza leghe metalliche resistenti al calore, sta rivoluzionando lo sviluppo di razzi per tentativi ed errori. Intere strutture che in precedenza avrebbero richiesto centinaia di componenti distinti possono ora essere stampate in pochi giorni. Ciò significa che puoi aspettarti di vedere molti più razzi esplodere in piccoli pezzi nei prossimi anni, ma le parti di cui sono effettivamente fatti sono destinate a diventare sempre più grandi e minori in numero, man mano che la corsa allo spazio del settore privato si intensifica.
I motori a razzo generano l'energia equivalente all'esplosione di una tonnellata di TNT ogni secondo, dirigendo quell'energia in uno scarico che raggiunge temperature ben oltre i 3.000 gradi Celsius. Quei motori che riescono a farlo senza distruggersi rapidamente in modo non programmato richiedono almeno tre anni per essere progettati da zero, la maggior parte dei quali è occupata dal processo ciclico di riprogettazione, ricostruzione, riaccensione e ripetizione. Questo perché i motori a razzo sono incredibilmente complessi.
I motori F-1 del Saturn V che hanno portato Neil Armstrong verso la luna nel 1969 avevano ciascuno 5.600 parti fabbricate, di cui molte provenienti da fornitori diversi, con la necessità di essere saldate o imbullonate individualmente a mano, richiedendo molto tempo.
Questo lungo e costoso processo avrebbe potuto andare bene negli anni '60, con il governo degli Stati Uniti che aveva riversato denaro sulla NASA per alimentare la corsa allo spazio, ma per le aziende private ci vuole semplicemente troppo tempo.
La chiave per un rapido sviluppo del motore è ridurre il numero di parti, il che riduce il tempo necessario per assemblare il motore e l'interruzione causata dai ritardi della catena di approvvigionamento. Il modo più semplice per farlo è modificare i processi di produzione. Le aziende spaziali si stanno allontanando dai processi di produzione sottrattiva - che rimuovono il materiale per modellare una parte - ai processi di produzione additiva che costruiscono una parte aggiungendovi materiale poco a poco, in pratica il principio della stampa 3D.
Sempre più spesso, infatti, gli ingegneri stanno favorendo un processo chiamato sinterizzazione laser selettiva per stampare in 3D le parti del motore a razzo in un processo additivo. Il procedimento funziona stendendo uno strato di polvere metallica, prima di fondere le forme nella polvere con i laser. Il metallo si lega dove è fuso e rimane polvere dove non lo è. Una volta che la forma si è raffreddata, viene aggiunto un altro strato di polvere e la parte viene costruita strato per strato. Per i motori a razzo viene utilizzata una polvere di superlega di rame Inconel, in grado di resistere a temperature molto elevate.
L'uso della stampa 3D aiuta anche i produttori a ridurre il peso del razzo completo, poiché sono necessari meno dadi, bulloni e saldature per produrre la loro struttura complessa. La stampa 3D è particolarmente utile nella produzione del complesso ugello raffreddato in modo rigenerativo di un motore, che indirizza il carburante freddo attorno al motore caldo per raffreddare contemporaneamente le pareti del motore e preriscaldare il carburante freddo prima della combustione.
Una riprogettazione dei motori Apollo F-1 utilizzando la stampa 3D ha ridotto il numero di parti da 5.600 a sole 40. È innegabile che la stampa 3D ha portato a una nuova era di sviluppo di motori a razzo veloci e reattivi.
Praticamente tutte le nuove compagnie missilistiche e le startup spaziali stanno adottando la tecnologia di stampa 3D dei metalli. Accelera la loro fase di sviluppo, aiutandoli a sopravvivere negli anni cruciali prima che riescano a portare qualcosa nello spazio. Da segnalare sono Rocket Lab, che utilizza il suo motore stampato in 3D per lanciare razzi dalla Nuova Zelanda, e Relativity Space, che stampa in 3D il suo intero razzo. Nel Regno Unito ci sono Skyrora e Orbex, che mira a lanciare un razzo utilizzando un motore stampato in 3D già nel 2022.