Nowy potencjał druku 3D: międzygwiezdna migracja i rozwój kosmosu

Korzystając z technologii komputerowej 3D, technologia wytwarzania przyrostowego obiektów budowlanych poprzez akumulację materiałów warstwa po warstwie staje się coraz bardziej czołówką w produkcji wyposażenia kosmicznego. Naukowcy są przekonani, że drukowanie 3D może znacznie przyspieszyć rozwój przestrzeni pozaziemskiej. Jak zoptymalizować ceny GG, ceny&produkcji kosmicznej; drukarek 3D i poprawić bezpieczeństwo drukowanych komponentów? Jak wykorzystać nowe technologie do tworzenia ultralekkich układów optycznych dla nanosatelitów? Naukowcy z rosyjskich uniwersytetów (członkowie projektu" 5-100") przedstawili swoje najnowsze osiągnięcia.

Jedną z głównych zalet nowej metody jest to, że drukarka 3D może zastąpić dużą liczbę urządzeń w tradycyjnej fabryce. W listopadzie 2020 roku magazyn Forbes umieścił technologię wytwarzania przyrostowego (od łacińskiego additivus-add) na liście pięciu rewolucyjnych nowych technologii, które zasługują na uwagę przedsiębiorców. Autor artykułu zwrócił uwagę, że technologia wytwarzania przyrostowego przyniesie ogromne korzyści branży lotniczej. W tej dziedzinie waga produktu jest zwykle najważniejszym czynnikiem wpływającym na koszty transportu.

Kosmiczny druk 3D może znacznie przyspieszyć rozwój przestrzeni pozaziemskiej; technologia wytwarzania przyrostowego również aktywnie penetruje przemysł produkcji rakiet.

30 maja 2020 r. Hełmy astronautów Roberta Bacona i Douga Hurleya, którzy brali udział w wystrzeleniu statku kosmicznego Crew Dragon i rakiety Falcon 9, zostały dopasowane przy użyciu technologii druku 3D.

Elon Musk, szef SpaceX Aerospace Corporation, powiedział, że przy użyciu druku 3D można wytwarzać trwałe, wysokowydajne części silnika, a poświęcony czas i pieniądze to tylko niewielka część tradycyjnych metod produkcji. W 2014 roku SpaceX wyprodukował już pierwszy komponent drukowany w 3D.

GG quot; Blue Origin" firma lotnicza Jeff Bezos wykorzystuje technologię wytwarzania przyrostowego do drukowania elementów silnika BE-4. Młode firmy rakietowe ze Stanów Zjednoczonych (Relativistic Space) i Wielkiej Brytanii (Obex) również planują w pełni wykorzystać możliwości drukarek 3D.

Popraw bezpieczeństwo komponentów 3D

Jednocześnie nawet najmniejsze wady komponentów wydrukowanych w 3D mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa tworzonego sprzętu. Naukowcom z National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) udało się ulepszyć technologię druku 3D aluminium i zwiększyć twardość produktu o 1,5 raza.

Naukowcy z NUST MISIS uważają, że głównym ryzykiem wystąpienia takich defektów jest duża porowatość materiału, a jednym z powodów są cechy oryginalnego proszku aluminiowego. Aby zapewnić jednolitą i gęstą mikrostrukturę drukowanego produktu, naukowcy zaproponowali metodę dodawania nanowłókien węglowych do proszku aluminiowego w celu zapewnienia małej porowatości materiału i 1,5-krotnego zwiększenia jego twardości. Wyniki badań opublikowano w GG, cyt. Composites Communications GG, cyt. magazyn.

Profesor Alexander Gromov z NUST MISIS powiedział: GG: Nanowłókna węglowe mają wysoką przewodność cieplną, co pomaga zminimalizować gradient temperatury między warstwami druku podczas etapu selektywnego stapiania laserowego podczas procesu syntezy produktu. Dlatego materiał Niejednorodność mikrostruktury można prawie całkowicie wyeliminować."

Zastosowane nanowłókna węglowe są produktem ubocznym przetwarzania gazu związanego z polami naftowymi. Podczas procesu katalitycznego rozkładu węgiel gromadzi się w postaci nanowłókien na cząstkach metalu rozproszonych przez katalizator. Naukowcy wskazali również, że związany z tym gaz to zwykle GG, zwalniany i spalany, GG; na polach naftowych i gazowych, powodując szkody dla środowiska, dlatego stosowanie tej nowej metody ma istotne znaczenie dla ochrony środowiska.

Optimize" Space Manufacturing"

Elon Musk i inni eksperci są przekonani, że drukowanie 3D może pomóc w przyszłym rozwoju kosmosu, takim jak kolonizacja Marsa.

Aby przetrwać na Marsie, musisz mieć możliwość rozpoczęcia tam produkcji i jak najlepszego wykorzystania lokalnych materiałów. Drukarka 3D może posłużyć do zbudowania bazy i stworzenia tam mieszkalnego środowiska.

Już teraz, w pracach Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), problem pozyskania materiałów jest nadal poważny, a astronauci kolejnego statku towarowego muszą czekać kilka miesięcy. Czasami ważne małe części są uszkodzone lub zgubione, na przykład często gubi się plastikowa wtyczka styku elektrycznego. W takim przypadku drukarki 3D mogą rozwiązać ten problem, drukując produkty z tworzyw sztucznych w kosmosie. W przyszłości podczas lotów międzygwiezdnych problemy z dostępnością staną się bardziej dotkliwe, a popyt na takie drukarki nieuchronnie wzrośnie.

W 2016 roku NASA zleciła firmie Made in Space zainstalowanie stałej drukarki 3D na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej do produkcji narzędzi, sprzętu i wszystkiego, czego astronauci mogą potrzebować. Następnie niektóre europejskie, chińskie i inne firmy również ogłosiły produkcję podobnych maszyn.

Badacz, który opracował drukarkę 3D, naukowiec z Tomsk University of Technology (TPU), powiedział, że drukarka 3D wyprodukowana w Rosji wejdzie w kosmos w 2021 roku. Jej zaletą jest bardziej zaawansowany system modułowy, który umożliwia modernizację i konserwację sprzętu. Dlatego też, gdy materiały do ​​drukowania 3D zmieniają się z prostych tworzyw sztucznych na nadbudowy lub materiały kompozytowe, inżynierowie nie będą musieli budować nowych drukarek, takich jak ich amerykańscy koledzy, a następnie dostarczać je do ISS.

Wasilij Fiodorow, szef TPU&# 39, nowoczesnego laboratorium naukowo-produkcyjnego, powiedział: GG: Teraz układ roboczy drukarki 3D jest na ostatnim etapie. Sprzęt wysyłany do ISS ma ścisłą odporność na maszyny, warunki atmosferyczne i inne obciążenia. Wymaganie. Ponadto, aby upewnić się, że drukarka 3D jest całkowicie bezpieczna dla astronautów. Teraz wszystko to jest w trakcie inspekcji i przeprowadzonych zostało szereg testów i inspekcji. Jednocześnie poprawiono oprogramowanie skonfigurowane specjalnie dla drukarki."

Twórz ultralekkie systemy optyczne dla nanosatelitów

Możliwość drukowania 3D pozwala naukowcom z Uniwersytetu Samara na stworzenie unikalnego ultralekkiego układu optycznego dla nanosatelitów z dyfrakcyjną optyką. Naukowcy twierdzą, że będzie to pierwsza na świecie soczewka&# 39 z dyfrakcyjną optyką, która wejdzie w kosmos.

Rdzeniem układu optycznego jest płaska soczewka dyfrakcyjna opracowana na uniwersytecie, która ma unikalne właściwości. Soczewka oparta na tej soczewce zastępuje system soczewek współczesnego obiektywu dalekiego zasięgu, a jej cechy to niewielka waga (z elementami optycznymi ważącymi mniej niż 100 gramów) i niewielkie rozmiary.

Soczewka ma innowacyjną powłokę o bionicznym kształcie i została zaprojektowana przy użyciu najlepszej technologii, aby zminimalizować wagę przy zachowaniu właściwości wytrzymałościowych. Złożony kształt zewnętrzny i struktura wewnętrzna elementów statku kosmicznego są drukowane w 3D na urządzeniu do selektywnej syntezy laserowej SLM280HL.

Zdaniem naukowców, aby maksymalnie zredukować wagę elementów, dokonano optymalizacji topologicznej w jego wewnętrznej strukturze, w wyniku której dodano specjalne bloki o strukturze plastra miodu. Rozmiar części to 70 × 80 × 100 mm. Dzięki zastosowaniu technologii wytwarzania przyrostowego jego waga jest około 40% lżejsza od podobnych części wytwarzanych tradycyjnymi metodami.

Witalij Smajłow, profesor nadzwyczajny w Biurze Nauczania i Badań Technologii Produkcji Silników na Uniwersytecie w Samarze, powiedział: GG: Osłona soczewki wykonana jest ze stopu aluminium AlSi10Mg w proszku. Stop produkowany w Rosji cieszy się dobrą opinią zarówno w Rosji, jak i za granicą. W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki waga jest główną cechą, a branża stara się zmniejszyć ten wskaźnik."

Naukowcy przeprowadzili wieloetapową optymalizację topologiczną oryginalnej struktury, uzyskali i przeanalizowali kilka form.

Anton Agapovich, badacz z Uniwersytetu w Samarze, powiedział: GG: Współpracowaliśmy z ekspertami w dziedzinie optymalizacji topologii CADFEM CIS i technologii wytwarzania przyrostowego i wykonaliśmy wiele pracy, aby uzyskać nowy typ konstrukcji spełniający potrzeby światowego przemysłu lotniczego Nowoczesne wymagania."

Zdaniem naukowców podobne produkty, takie jak soczewka CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager), kosztują 23 000 euro, a cena opracowywanego przez nich systemu optycznego będzie znacznie niższa.

GG quot; 5-100" plan realizowany w ramach krajowego&- poz. Celem projektu jest pomoc rosyjskim uniwersytetom w zwiększeniu potencjału naukowego i poprawie ich pozycji konkurencyjnej na globalnym rynku usług edukacyjnych.