Det nye potensialet for 3D-utskrift: Interstellar migrasjon og utvikling av rom

Ved hjelp av 3D datateknologi blir additiv produksjonsteknologi for å bygge objekter ved lag-for-lag-akkumulering av materialer i økende grad i forkant av produksjonen av romutstyr. Forskere mener at 3D-utskrift kan akselerere utviklingen av utenomjordisk rom betydelig. Hvordan optimalisere" space manufacturing" av 3D-skrivere og forbedre sikkerheten til trykte komponenter? Hvordan bruke ny teknologi for å lage ultralette optiske systemer for nanosatellitter? Forskere fra russiske universiteter (medlemmer av" 5-100" prosjekt) introduserte sin siste utvikling.

En av hovedfordelene med den nye metoden er at en 3D-skriver kan erstatte et stort antall utstyr i en tradisjonell fabrikk. I november 2020 inkluderte Forbes-magasinet additiv produksjonsteknologi (fra Latin additivus-add) på listen over fem revolusjonerende nye teknologier som er verdt entreprenørers oppmerksomhet. Forfatteren av artikkelen påpekte at produksjonsteknologi for additiver vil gi store fordeler for luftfartsindustrien. I dette feltet er produktvekt vanligvis den viktigste faktoren som påvirker transportkostnadene.

Space 3D-utskrift kan akselerere utviklingen av utenomjordisk rom betydelig; additiv produksjonsteknologi trenger også aktivt inn i rakettindustrien.

30. mai 2020 ble hjelmene til astronautene Robert Bacon og Doug Hurley som deltok i lanseringen av romskipet Crew Dragon og Falcon 9-raketten skreddersydd ved hjelp av 3D-utskriftsteknologi.

Elon Musk, leder av SpaceX Aerospace Corporation, sa at bruk av 3D-utskrift kan produsere holdbare motordeler med høy ytelse, og tiden og pengene som brukes er bare en liten del av å bruke tradisjonelle produksjonsmetoder. I 2014 hadde SpaceX allerede produsert den første 3D-trykte komponenten.

GG quot; Blue Origin" luftfartsselskapet Jeff Bezos bruker additiv produksjonsteknologi for å skrive ut BE-4 motorkomponenter. Unge raketselskaper fra USA (Relativistic Space) og Storbritannia (Obex) planlegger også å dra full nytte av mulighetene til 3D-skrivere.

Forbedre sikkerheten til 3D-komponenter

Samtidig er selv de minste feilene i 3D-trykte komponenter avgjørende for sikkerheten til utstyret som er laget. Forskere ved National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) var i stand til å forbedre 3D-utskriftsteknologien av aluminium og øke hardheten til produktet med 1,5 ganger.

NUST MISIS-forskere mener at den største risikoen for slike feil er materialets høye porøsitet. En av årsakene er egenskapene til det originale aluminiumpulveret. For å sikre at mikrostrukturen til det trykte produktet er jevn og tett, har forskere foreslått en metode for å tilsette karbonnanofibre til aluminiumpulver for å sikre lav porøsitet av materialet og øke hardheten med 1,5 ganger. Forskningsresultatene er publisert i" Composites Communications" Blad.

Professor Alexander Gromov fra NUST MISIS sa:" karbonnanofibre har høy varmeledningsevne, noe som bidrar til å minimere temperaturgradienten mellom utskriftslagene under det selektive lasersmeltetrinnet under produktsyntese. Derfor kan materialet Inhomogeniteten til mikrostrukturen nesten elimineres."

De anvendte karbonnanofibrene er et biprodukt fra prosessering av oljefeltassosiert gass. Under den katalytiske nedbrytingsprosessen akkumuleres karbon i form av nanofibre på metallpartiklene spredt av katalysatoren. Forskere påpekte også at den assosierte gassen vanligvis er" ventilert og brent" i olje- og gassfelt og forårsaker skade på miljøet, så bruken av denne nye metoden har viktig miljøvernbetydning.

Optimaliser" Space Manufacturing"

Elon Musk og andre eksperter er overbevist om at 3D-utskrift kan hjelpe fremtidig romutvikling, som å kolonisere Mars.

For å overleve på Mars, må du kunne starte produksjonen der, og best bruke lokale materialer. 3D-skriveren kan brukes til å bygge en base og bygge et levende miljø der.

Selv nå, i arbeidet med den internasjonale romstasjonen (ISS), er problemet med å skaffe materialer fremdeles alvorlig, og astronautene til det neste lasteromfartøyet må vente i flere måneder. Noen ganger blir viktige små deler skadet eller mistet, for eksempel går plastpluggen til den elektriske kontakten ofte tapt. I dette tilfellet kan 3D-skrivere løse dette problemet ved å skrive ut plastprodukter i verdensrommet. I fremtiden, under interstellare flyreiser, vil tilgjengelighetsproblemene bli mer akutte, og etterspørselen etter slike skrivere vil uunngåelig øke.

I 2016 bestilte NASA Made in Space å installere en permanent 3D-skriver på den internasjonale romstasjonen for å produsere verktøy, utstyr og alt annet astronauter måtte trenge. Deretter kunngjorde noen europeiske, kinesiske og andre selskaper produksjon av lignende maskiner.

Forskeren som utviklet 3D-skriveren, en forsker ved Tomsk University of Technology (TPU), sa at 3D-skriveren produsert i Russland vil komme ut i verdensrommet i 2021. Fordelen er et mer avansert modulsystem som kan realisere oppgradering og vedlikehold av utstyr. Derfor, når 3D-utskriftsmaterialer bytter fra enkel plast til overbygg eller komposittmaterialer, trenger ingeniører å bygge nye skrivere som de amerikanske kollegene i dag og deretter levere dem til ISS.

Vasily Fedorov, leder for TPU' s moderne produksjonsteknologi vitenskap og produksjonslaboratorium, sa:" Nå er arbeidsoppsettet til 3D-skriveren i siste fase. Utstyret som sendes til ISS har streng motstand mot maskiner, vær og andre belastninger. Krav. I tillegg for å sikre at 3D-skriveren er helt trygg for astronauter. Nå er alt dette under inspeksjon, og det er utført en serie tester og inspeksjoner. Samtidig er programvaren som er konfigurert spesielt for skriveren forbedret."

Lag ultralette optiske systemer for nanosatellitter

Muligheten for 3D-utskrift tillater forskere ved Samara University å lage et unikt ultralett optisk system for nanosatellitter med diffraktiv optikk. Forskere sier at dette vil være verdens første' s første linse med diffraktiv optikk som kommer inn i rommet.

Kjernen i det optiske systemet er flydiffraktiv linse utviklet på universitetet, som har unike egenskaper. Linsen basert på denne linsen erstatter linsesystemet til det moderne langdistanselinsen, og dens egenskaper er lette (med optiske komponenter som veier mindre enn 100 gram) og liten størrelse.

Linsen har et innovativt bionisk formskall og er designet med den beste teknologien for å minimere vekten og samtidig opprettholde styrkeegenskapene. Den komplekse ytre formen og den indre strukturen til romfartøyskomponentene er 3D-trykt på SLM280HL selektivt laserfusjonsutstyr.

Ifølge forskere, for å redusere vekten av komponentene så mye som mulig, har topologioptimalisering blitt utført i sin interne struktur, som et resultat av at spesielle honningkakeblokker er lagt til. Størrelsen på delen er 70 × 80 × 100 mm. På grunn av bruken av additiv produksjonsteknologi er vekten ca. 40% lettere enn lignende deler produsert etter tradisjonelle metoder.

Vitaly Smailov, lektor ved Teaching and Research Office of Engine Production Technology ved Samara University, sa:" Linseskallet er laget av AlSi10Mg aluminiumlegeringspulver. Legeringen produsert i Russland har et høyt rykte både i Russland og i utlandet. Innen luftfart og luftfart er vekt den viktigste funksjonen, og industrien har prøvd å redusere denne indikatoren."

Forskere utførte flertrinns topologioptimalisering av den opprinnelige strukturen, innhentet og analyserte flere former.

Anton Agapovich, en forsker ved University of Samara, sa:" Vi har samarbeidet med eksperter innen CADFEM CIS topologi optimalisering og additiv produksjonsteknologi og har gjort mye arbeid for å oppnå en ny type struktur for å møte verdens luftfartsindustriens behov Moderne krav."

Ifølge forskere koster lignende produkter, som objektivet til CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager) 23.000 euro, og prisen på det optiske systemet de utvikler vil være mye lavere.

GG quot; 5-100" plan implementert innenfor rammen av den nasjonale" utdanning" Prosjektet har som mål å hjelpe russiske universiteter med å øke deres vitenskapelige forskningspotensial og forbedre deres konkurranseposisjon i det globale utdanningstjenestemarkedet.