Регистрация Войти
Вход на сайт

NASA испытывает 3D-печать в условиях микрогравитации

1 сентября 2013 23:45

NASA испытывает 3D-печать в условиях микрогравитацииПечально известная сумка с инструментами NASA, которая затерялась в космосе в ноябре 2008 года, будучи потерянной на Международной космической станции, оставила команде на один шприц для смазки меньше и невозможность заменить отсутствующие инструменты. Через несколько лет астронавты смогут пополнить запасы потерянных или поврежденных инструментов, просто напечатав новые на 3D-принтере.

NASA начнет тестировать возможности 3D-печати в ограниченных условиях микрогравитации в начале следующего июня, когда пошлет принтер размером с микроволновку на МКС для серии экспериментов по производству пластиковых и композитных деталей и инструментов. Если все пойдет хорошо, космическое агентство установит постоянный принтер на МКС в 2015 году.

В ближайшее время такая машина позволит экипажу МКС дублировать мелочи и важные штучки — например, пластиковые зажимы для крепления грузов — вместо того, чтобы ждать снабженцев со следующей миссии. Кроме того, в будущем космическое агентство ожидает тот день, когда сырье можно будет добыть из астероида и доставить на МКС с космическим кораблем. Возможность пополнения запасов вдали от Земли даст нашим космическим объектам возможность дольше находиться в космосе, совершать полеты в дальний космос, реализуя невыполнимые планы прошлого. Свободное пространство можно будет заполнить едой, топливом и другими полезными ингредиентами космического судна.

Пробный запуск

Для начала астронавты установят тестовый 3D-принтер, созданный компанией под названием Made in Space — в микрогравитационный научный вещевой ящик на МКС (Microgravity Science Glovebox), закрытое 255-литровое рабочее место, расположенное в лабораторном модуле Европейского космического агентства. ЕКА разработало это рабочее место, чтобы наземные ученые из разных областей могли проводить эксперименты в космосе, опираясь на плечо помощи членов экипажа МКС. Рабочее пространство герметизируется и сохраняет отрицательное давление, чтобы экипаж мог манипулировать экспериментальным оборудованием и образцами без страха потерять небольшие части, детали, жидкости или газы, которые могут улетучиться в открытый лабораторный модуль.

Принтер от Made in Space строит объекты путем нагревания термопластичных нитей и нанесения их с помощью экструзионной головки в соответствии с планом CAD-файла. Эта техника печати — часто используемая изобретателями для быстрого прототипирования своих деталей — создает вещи снизу вверх, нанося материалы слоями толщиной 0,04 мм. Подробнее об истории создания 3D-принтера мы писали здесь.

3D-принтеры, как правило, разработаны так, чтобы использовать гравитацию и силу поверхностного натяжения, которые помогут формировать слои без воздушных пузырей и дефектов, ослабляющих конечный продукт.

«В условиях микрогравитации все компоненты 3D-принтера начнут плавать вокруг, и смещение даже на долю миллиметра может погубить всю печать», — говорит главный технолог Made in Space Джейсон Данн. Не вдаваясь в подробности — по причинам наличия конкурентов — Данн рассказал, что его компания разработала первый 3D-принтер, который является полностью независимым от гравитации.

Отсутствие гравитации означает, что атмосфера МКС не предполагает естественной конвекции. Это создает определенные проблемы для управления теплом, которое занимает центральное место в 3D-печати. Для космического 3D-принтера придется разрабатывать другие тепловые методы, которые оставят холодное холодным, а горячее горячим.

Экспериментальный принтер прошел ряд тестов на вибрацию и стресс, которые позволили определить, сможет ли он пережить запуск и работу в режиме микрогравитации.

Во время прохождения теста на МКС принтер от Made in Space будет строить различные объекты, в том числе макеты инструментов и деталей, используемых на космической станции.

«Основная цель этого проекта заключается в выявлении не только того, как принтер реагирует на длительное воздействие микрогравитации, но также определении того, меняются ли материалы в таких условиях», — говорит Майк Снайдер, сооснователь Made in Space, а также главный инженер и директор по исследованиям и развитию.

Лимиты мощности станции

3D-принтеры на основе экструзии обычно вырабатывают температуру до 200 градусов по Цельсию, чтобы смягчить термополимерные нити. Это не большое энергопотребление, но принтеру может требоваться дополнительная энергия для поддержания температуры в строительной камере — это спасает объекты от деформации или стекания. Если строительную камеру не нагревать, есть другой вариант — подогрев платформы, чтобы нижний слой остывал не слишком быстро.

3D-принтеры более высокого класса требуют много тепла и часто идут с жадным до энергии лазером, чтобы разжижать полимеры и строить более плотные и более прочные пластиковые объекты. Экструзионные системы создают изделия более низкого качества, поскольку пропускают размягченные полимеры сквозь дырку на манер тюбика зубной пасты. Установка лазеров на МКС будет, скорее всего, нецелесообразной из-за колоссального энергопотребления, считает Джозеф Биман, профессор по инженерной механике Техасского университета. Примерно в той же степени, в какой 3D-принтеры экономят материал, в такой же они прожорливы по части энергии.

Хотя инженеры говорят, что не могут вдаваться в детали мощности потребления, необходимой принтеру компании, они указывают, что устройства, работающие в научном блоке МКС ограничены 200 Вт. Машина Made in Space «номинально» работает в рамках этого требования.

Интерес NASA в 3D-печати выглядит абсолютно обоснованным, и экструзионная система Made in Space смотрится рационально, учитывая размер и ограничения мощности, связанные с МКС.

Следующие шаги

Вывод космических 3D-принтеров на более промышленные уровни позволил бы заменять более сложные элементы на орбитальной станции. Трехмерные принтеры, которые бы строили объекты из титана и других металлических порошков в идеале смогли бы создавать замену критическим компонентам космической станции, однако еще больше будут страдать от условий микрогравитации.

«Вы не хотите, чтобы эти порошки летали вокруг, но в теории можно использовать электростатические системы, чтобы удерживать непроводящие порошки на дне рабочей камеры», — говорит Биман. И добавляет: «Думаю, 3D-печать на МКС будет работать. Вопрос в том, насколько полезной она будет, но однозначно стоит попробовать».

hi-news.ru


Рейтинг статьи:
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.
Оставить комментарий
Ваше имя: *
Ваш e-mail: *
Текст комментария:
Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Код: Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код
Введите код: