Naujas 3D spausdinimo potencialas: tarpžvaigždinė migracija ir kosmoso plėtra

Naudojant 3D kompiuterinę technologiją, statybinė objektų gamybos technologija, kaupiant medžiagas sluoksniui po sluoksnio, vis labiau tampa kosminės įrangos gamybos priešakyje. Mokslininkai mano, kad 3D spausdinimas gali žymiai paspartinti nežemiškos erdvės plėtrą. Kaip optimizuoti" kosminės gamybos" 3D spausdintuvų ir pagerinti spausdintų komponentų saugumą? Kaip panaudoti naujas technologijas kuriant ultravioletines nanopalydovų optines sistemas? Mokslininkai iš Rusijos universitetų (GG quot; 5-100" projekto nariai) pristatė savo naujausius įvykius.

Vienas pagrindinių naujojo metodo pranašumų yra tai, kad 3D spausdintuvas gali pakeisti daugybę įrangos tradicinėje gamykloje. 2020 m. Lapkričio mėn. Žurnalas „Forbes“ įtraukė priedų gamybos technologiją (iš lotynų kalbos „additivus-add“) į penkių revoliucinių naujų technologijų sąrašą, vertų verslininkų dėmesio. Straipsnio autorius atkreipė dėmesį, kad priedų gamybos technologija atneš didžiulę naudą aviacijos ir kosmoso pramonei. Šioje srityje produkto svoris paprastai yra svarbiausias veiksnys, darantis įtaką transporto išlaidoms.

Erdvinis 3D spausdinimas gali žymiai paspartinti nežemiškos erdvės plėtrą; priedų gamybos technologija taip pat aktyviai skverbiasi į raketų gamybos pramonę.

2020 m. Gegužės 30 d. Astronautų Roberto Bacono ir Dougo Hurley šalmai, dalyvavę paleidžiant erdvėlaivį „Crew Dragon“ ir raketą „Falcon 9“, buvo pritaikyti naudojant 3D spausdinimo technologiją.

„SpaceX Aerospace Corporation“ vadovas Elonas Muskas teigė, kad naudojant 3D spausdinimą galima pagaminti patvarias didelio našumo variklio detales, o išleistas laikas ir pinigai yra tik maža dalis naudojant tradicinius gamybos metodus. 2014 m. „SpaceX“ jau pagamino pirmąjį 3D spausdintą komponentą.

GG quot; Mėlyna kilmė" aviacijos ir kosmoso kompanija Jeffas Bezosas BE-4 variklio komponentams spausdinti naudoja priedų gamybos technologiją. Jaunos raketų kompanijos iš JAV („Relativistic Space“) ir Jungtinės Karalystės („Obex“) taip pat planuoja visapusiškai išnaudoti 3D spausdintuvų galimybes.

Pagerinkite 3D komponentų saugumą

Tuo pat metu net mažiausi 3D spausdintų komponentų defektai yra gyvybiškai svarbūs sukurtos įrangos saugumui. Nacionalinio mokslinių tyrimų universiteto MISIS (NUST MISIS) mokslininkams pavyko patobulinti 3D aliuminio spausdinimo technologiją ir 1,5 karto padidinti gaminio kietumą.

„NUST MISIS“ tyrėjai mano, kad pagrindinė tokių defektų rizika yra didelis medžiagos poringumas, viena iš priežasčių yra originalių aliuminio miltelių savybės. Siekdami užtikrinti, kad spausdinto gaminio mikrostruktūra būtų vienoda ir tanki, mokslininkai pasiūlė anglies nanopluoštų pridėjimo prie aliuminio miltelių metodą, kad būtų užtikrintas mažas medžiagos poringumas ir 1,5 karto padidintas jos kietumas. Tyrimo rezultatai skelbiami" Composites Communications" žurnalas.

Profesorius Aleksandras Gromovas iš NUST MISIS sakė:" Anglies nanopluoštai pasižymi dideliu šilumos laidumu, o tai padeda sumažinti temperatūros gradientą tarp spausdinimo sluoksnių selektyvaus lazerio lydymo etape produkto sintezės proceso metu. Todėl medžiaga Mikrostruktūros nehomogeniškumą galima beveik visiškai pašalinti."

Naudojami anglies nanopluoštai yra šalutinis naftos telkinių dujų perdirbimo produktas. Vykstant kataliziniam skilimo procesui, anglis kaupiasi nanopluoštų pavidalu ant metalų dalelių, kurias išsklaidė katalizatorius. Mokslininkai taip pat atkreipė dėmesį į tai, kad susijusios dujos paprastai yra GG; išleidžiamos ir sudeginamos GG; naftos ir dujų telkiniuose, darant žalą aplinkai, todėl šio naujo metodo naudojimas turi svarbią aplinkos apsaugos reikšmę.

Optimizuokite GG; Kosmoso gamyba"

Elonas Muskas ir kiti ekspertai įsitikinę, kad 3D spausdinimas gali padėti ateityje plėtoti kosmosą, pavyzdžiui, kolonizuoti Marsą.

Norėdami išgyventi Marse, turite sugebėti pradėti gamybą ten ir geriausiai naudoti vietines medžiagas. 3D spausdintuvu galima sukurti pagrindą ir susikurti gyvenamąją aplinką.

Net ir dabar, Tarptautinės kosminės stoties (TKS) darbe, medžiagų gavimo problema vis dar yra rimta, o kito krovininio erdvėlaivio astronautai turi laukti kelis mėnesius. Kartais sugadinamos ar pametamos svarbios smulkios dalys, pavyzdžiui, dažnai pametamas plastikinis elektros kontakto kištukas. Tokiu atveju 3D spausdintuvai gali išspręsti šią problemą spausdindami plastikinius gaminius erdvėje. Ateityje, vykdant tarpžvaigždinius skrydžius, prieinamumo problemos dar labiau paaštrės, o tokių spausdintuvų paklausa neišvengiamai padidės.

2016 m. NASA pavedė „Made in Space“ įdiegti nuolatinį 3D spausdintuvą Tarptautinėje kosminėje stotyje, kad pagamintų įrankius, įrangą ir visa kita, ko gali prireikti astronautams. Vėliau kai kurios Europos, Kinijos ir kitos bendrovės taip pat paskelbė apie panašių mašinų gamybą.

3D spausdintuvą sukūręs mokslininkas, Tomsko technologijos universiteto (TPU) mokslininkas, teigė, kad Rusijoje pagamintas 3D spausdintuvas į kosmosą pateks 2021 m. Jo pranašumas yra pažangesnė modulinė sistema, galinti realizuoti įrangos atnaujinimą ir priežiūrą. Todėl, kai 3D spausdinimo medžiagos pereina nuo paprasto plastiko prie antstatų ar kompozicinių medžiagų, inžinieriams nereikės statyti naujų spausdintuvų, kaip šiandien jų amerikiečių kolegos, ir tada pristatyti juos į TKS.

Vasilijus Fedorovas, TPU' šiuolaikinės gamybos technologijos mokslo ir gamybos laboratorijos vadovas, sakė:" Dabar 3D spausdintuvo darbo išdėstymas yra paskutiniame etape. Į TKS siunčiama įranga turi griežtą atsparumą mašinoms, oro sąlygoms ir kitoms apkrovoms. Reikalavimas. Be to, norint užtikrinti, kad 3D spausdintuvas būtų absoliučiai saugus astronautams. Dabar visa tai yra tikrinama, buvo atlikta keletas bandymų ir patikrinimų. Tuo pat metu patobulinta specialiai spausdintuvui sukurta programinė įranga."

Sukurkite ultravioletines nanopalydovų optines sistemas

3D spausdinimo galimybė leidžia Samaros universiteto mokslininkams sukurti unikalią ultravioletinę nanopalydovų optinę sistemą su difrakcine optika. Tyrėjai sako, kad tai bus pirmasis pasaulyje'

Optinės sistemos šerdis yra universitete sukurtas plokštuminis difrakcinis lęšis, pasižymintis unikaliomis savybėmis. Šiuo objektyvu paremtas objektyvas pakeičia šiuolaikinio tolimojo objektyvo sistemą, o jo charakteristikos yra lengvas (su mažiau nei 100 gramų sveriančiais optiniais komponentais) ir mažas dydis.

Objektyvas turi novatorišką bioninės formos apvalkalą ir yra sukurtas naudojant geriausias technologijas, siekiant sumažinti svorį, išlaikant stiprumo charakteristikas. Kompleksinė erdvėlaivio komponentų išorinė forma ir vidinė struktūra yra 3D atspausdinta ant SLM280HL selektyviosios lazerio sintezės įrangos.

Pasak mokslininkų, siekiant kiek įmanoma sumažinti komponentų svorį, jo vidinėje struktūroje buvo atlikta topologijos optimizacija, dėl kurios buvo pridėti specialūs korio blokai. Dalies dydis yra 70 × 80 × 100 mm. Dėl priedų gamybos technologijos naudojimo jo svoris yra apie 40% mažesnis nei panašių dalių, gaminamų tradiciniais metodais.

Samaros universiteto Variklių gamybos technologijos mokymo ir tyrimų biuro docentas Vitalijus Smailovas sakė:" Objektyvo apvalkalas pagamintas iš AlSi10Mg aliuminio lydinio miltelių. Rusijoje gaminamas lydinys turi gerą reputaciją tiek Rusijoje, tiek užsienyje. Aviacijos ir aviacijos srityje Svoris yra pagrindinis bruožas, ir pramonė bandė sumažinti šį rodiklį."

Mokslininkai atliko daugiapakopį pradinės struktūros topologijos optimizavimą, gavo ir išanalizavo keletą formų.

Samaros universiteto mokslininkas Antonas Agapovičius sakė:" Mes bendradarbiavome su ekspertais CADFEM NVS topologijos optimizavimo ir priedų gamybos technologijos srityje ir atlikome daug darbo, kad gautume naujo tipo struktūrą, kuri atitiktų pasaulio aviacijos pramonės poreikiai Šiuolaikiniai reikalavimai."

Mokslininkų teigimu, panašūs gaminiai, pavyzdžiui, „CubeSat Gecko Imager“ („Gecko Imager“) objektyvas, kainuoja 23 000 eurų, o jų kuriamos optinės sistemos kaina bus daug mažesnė.

GG yra 5–100 GG; planas, įgyvendinamas pagal nacionalinę" švietimo" Projektu siekiama padėti Rusijos universitetams padidinti jų mokslinių tyrimų potencialą ir pagerinti jų konkurencinę padėtį pasaulinėje švietimo paslaugų rinkoje.