El nou potencial de la impressió 3D: migració interestel·lar i desenvolupament de l’espai

Mitjançant la tecnologia informàtica 3D, la tecnologia de fabricació additiva d’objectes de construcció mitjançant l’acumulació de materials capa per capa s’està convertint cada vegada més en l’avantguarda de la fabricació d’equips espacials. Els científics creuen que la impressió 3D pot accelerar significativament el desenvolupament de l’espai extraterrestre. Com optimitzar el" fabricació d'espai" d'impressores 3D i millorar la seguretat dels components impresos? Com s’utilitzen les noves tecnologies per crear sistemes òptics ultralleugers per a nanosatèl·lits? Investigadors de les universitats russes (membres del projecte" 5-100") van presentar els seus darrers desenvolupaments.

Un dels principals avantatges del nou mètode és que una impressora 3D pot substituir un gran nombre d’equips en una fàbrica tradicional. El novembre de 2020, la revista Forbes va incloure tecnologia de fabricació additiva (del llatí additivus-add) a la llista de cinc noves tecnologies revolucionàries dignes de l'atenció dels empresaris. L’autor de l’article va assenyalar que la tecnologia de fabricació additiva aportarà enormes beneficis a la indústria aeroespacial. En aquest camp, el pes del producte sol ser el factor més important que afecta els costos de transport.

La impressió 3D d’espai pot accelerar significativament el desenvolupament de l’espai extraterrestre; la tecnologia de fabricació additiva també està penetrant activament en la indústria de la fabricació de coets.

El 30 de maig de 2020, els cascos dels astronautes Robert Bacon i Doug Hurley que van participar en el llançament de la nau espacial Crew Dragon i el coet Falcon 9 es van adaptar mitjançant la tecnologia d’impressió 3D.

Elon Musk, cap de SpaceX Aerospace Corporation, va dir que mitjançant la impressió 3D es poden fabricar peces de motor duradores d’alt rendiment i que el temps i els diners gastats són només una petita part de l’ús de mètodes de fabricació tradicionals. El 2014, SpaceX ja havia fabricat el primer component imprès en 3D.

GG quot; Blue Origin" l’empresa aeroespacial Jeff Bezos utilitza tecnologia de fabricació additiva per imprimir components del motor BE-4. Les joves companyies de coets dels Estats Units (Relativistic Space) i el Regne Unit (Obex) també tenen previst aprofitar al màxim les possibilitats de les impressores 3D.

Millorar la seguretat dels components 3D

Al mateix temps, fins i tot els defectes més petits dels components impresos en 3D són vitals per a la seguretat dels equips creats. Els científics de la National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) van ser capaços de millorar la tecnologia d’impressió 3D de l’alumini i augmentar la duresa del producte 1,5 vegades.

Els investigadors de NUST MISIS creuen que el principal risc d’aquests defectes és l’elevada porositat del material, una de les raons són les característiques del pols d’alumini original. Per tal de garantir que la microestructura del producte imprès sigui uniforme i densa, els científics han proposat un mètode per afegir nanofibres de carboni a la pols d’alumini per garantir una porositat baixa del material i augmentar la seva duresa 1,5 vegades. Els resultats de la investigació es publiquen al" Composites Communications" revista.

El professor Alexander Gromov de NUST MISIS va dir:" Les nanofibres de carboni tenen una alta conductivitat tèrmica, cosa que ajuda a minimitzar el gradient de temperatura entre les capes d’impressió durant l’etapa de fusió selectiva del làser durant el procés de síntesi del producte. Per tant, el material La inhomogeneïtat de la microestructura es pot eliminar gairebé completament."

Les nanofibres de carboni utilitzades són un subproducte del processament del gas associat al jaciment. Durant el seu procés de descomposició catalítica, el carboni s’acumula en forma de nanofibres a les partícules metàl·liques dispersades pel catalitzador. Els científics també van assenyalar que el gas associat sol ser"&ventilat i cremat; en camps de petroli i gas, causant danys al medi ambient, de manera que l’ús d’aquest nou mètode té una importància important en la protecció del medi ambient.

Optimitzar" Space Manufacturing"

Elon Musk i altres experts estan convençuts que la impressió 3D pot ajudar al desenvolupament espacial futur, com la colonització de Mart.

Per sobreviure a Mart, heu de ser capaços d’iniciar la producció allà i utilitzar millor els materials locals. La impressora 3D es pot utilitzar per construir una base i construir-hi un entorn vital.

Fins i tot ara, en els treballs de l’Estació Espacial Internacional (ISS), el problema d’obtenir materials encara és greu i els astronautes de la propera nau espacial de càrrega han d’esperar diversos mesos. De vegades es fan malbé o es perden peces petites importants, per exemple, sovint es perd l’endoll de plàstic del contacte elèctric. En aquest cas, les impressores 3D poden resoldre aquest problema imprimint productes de plàstic a l’espai. En el futur, durant els vols interestel·lars, els problemes de disponibilitat seran més aguts i la demanda d’aquestes impressores augmentarà inevitablement.

El 2016, la NASA va encarregar a Made in Space la instal·lació d’una impressora 3D permanent a l’Estació Espacial Internacional per produir eines, equips i qualsevol altra cosa que els astronautes poguessin necessitar. Posteriorment, algunes empreses europees, xineses i altres també van anunciar la fabricació de màquines similars.

L'investigador que va desenvolupar la impressora 3D, un científic de la Universitat de Tecnologia de Tomsk (TPU), va dir que la impressora 3D produïda a Rússia entrarà a l'espai el 2021. El seu avantatge és un sistema modular més avançat que pot realitzar actualitzacions i manteniment d'equips. Per tant, quan els materials d’impressió 3D passen de plàstics simples a superestructures o materials compostos, els enginyers no hauran de construir impressores noves com els seus col·legues nord-americans avui i lliurar-les a ISS.

Vasily Fedorov, cap del laboratori de ciència i producció de tecnologia de producció moderna de TPU GG, va dir:" Ara, el disseny del treball de la impressora 3D és a la fase final. L’equip enviat a l’ISS té una estricta resistència a la maquinària, a la intempèrie i a altres càrregues. Requisit. A més, per garantir que la impressora 3D sigui absolutament segura per als astronautes. Ara, tot això està sota inspecció i s’han dut a terme una sèrie de proves i inspeccions. Al mateix temps, s’ha millorat el programari configurat específicament per a la impressora."

Creeu sistemes òptics ultralleugers per a nanosatèl·lits

La possibilitat de la impressió 3D permet als científics de la Universitat de Samara crear un sistema òptic ultra-lleuger únic per a nanosatèl·lits amb òptica difractiva. Els investigadors diuen que aquest serà el primer objectiu mundial de&# 39 amb òptica difractiva per entrar a l'espai.

El nucli del sistema òptic és la lent difractiva plana desenvolupada a la universitat, que té unes característiques úniques. L’objectiu basat en aquest objectiu substitueix el sistema d’objectius de l’objectiu modern de llarg abast i les seves característiques són lleugeres (amb components òptics que pesen menys de 100 grams) i de mida petita.

L’objectiu té una carcassa de forma biònica innovadora i està dissenyat amb la millor tecnologia per minimitzar el pes mantenint les característiques de resistència. La complexa forma externa i l’estructura interna dels components de la nau s’imprimeixen en 3D a l’equip SLM280HL de fusió selectiva làser.

Segons els científics, per tal de reduir el pes dels components tant com sigui possible, s’ha dut a terme una optimització de la topologia a la seva estructura interna, com a resultat de la qual s’han afegit blocs especials de bresca. La mida de la peça és de 70 × 80 × 100 mm. A causa de l’ús de tecnologia de fabricació additiva, el seu pes és aproximadament un 40% més lleuger que les parts similars fabricades mitjançant mètodes tradicionals.

Vitaly Smailov, professor associat a l'Oficina de Docència i Investigació de Tecnologia de Producció de Motors de la Universitat de Samara, va dir:" La carcassa de la lent està feta de pols d'aliatge d'alumini AlSi10Mg. L’aliatge produït a Rússia gaudeix d’una gran reputació tant a Rússia com a l’estranger. En el camp de l'aeroespacial i l'aviació, el pes és la característica principal i la indústria ha estat intentant reduir aquest indicador."

Els científics van realitzar l'optimització de la topologia de diverses etapes de l'estructura original, van obtenir i analitzar diverses formes.

Anton Agapovich, investigador de la Universitat de Samara, va dir:" Hem cooperat amb experts en el camp de l’optimització de la topologia CADFEM CIS i la tecnologia de fabricació additiva i hem fet molta feina per obtenir un nou tipus d’estructura que satisfaci les necessitats de la indústria aeroespacial mundial Requisits moderns."

Segons els científics, productes similars, com l’objectiu del CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager), costen 23.000 euros i el preu del sistema òptic que desenvolupen serà molt més baix.

El" 5-100" pla implementat en el marc del" nacional; educació" El projecte té com a objectiu ajudar les universitats russes a augmentar el seu potencial d'investigació científica i millorar la seva posició competitiva al mercat mundial de serveis educatius.