• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Lös utmaningarna med långvarig rymdflygning med 3D-utskrift

    NASA-astronauten Barry (Butch) Wilmore håller en spärrnyckel skapad 2014 med 3D-skrivaren ombord på den internationella rymdstationen med hjälp av en designfil som sänds från marken. Kredit:NASA

    Den internationella rymdstationen har kontinuerligt varit hem för astronauter i mer än nitton år. Astronauter utför vetenskaplig forskning med hjälp av dussintals specialanläggningar ombord på rymdstationen, som också ger dem en plats att äta, sömn, slappna av och träna. För att göra allt detta möjligt måste du skicka fler än 7, 000 pounds av reservdelar till stationen årligen. Ytterligare 29, 000 pund av reservdelar för rymdfärder lagras ombord på stationen och ytterligare 39, 000 på marken, redo att flyga om det behövs.

    Detta logistiska stödsystem fungerar bra för en rymdfarkost som kretsar 250 miles över jorden och är lättillgänglig för uppdrag att återföra last. Det är inte praktiskt för framtida uppdrag till månen och Mars, dock. Astronauter på dessa långa resor måste kunna tillverka sina egna reservdelar, verktyg och material i huvudsak på efterfrågan – både för rutinbehov och för att snabbt anpassa sig till oförutsedda. Tillverkning i rymden (ISM) med 3D-utskriftsteknik kan vara ett svar.

    ISM-projektet vid NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) och dess kommersiella partners använder rymdstationen för att testa olika tekniker för att tillhandahålla denna förmåga. Den fysikbaserade modelleringsgruppen NASA Ames Research Center tillhandahåller ytterligare analys- och modelleringsstöd.

    Projektet skickade den första 3D-skrivaren till rymdstationen 2014. Utvecklad av Made in Space, denna skrivare använde en process för tillverkning av fused filament (FFF), mata en kontinuerlig tråd av plast genom en uppvärmd extruder och på en bricka lager för lager för att skapa ett tredimensionellt föremål. 3-D Printing in Zero G-undersökningen producerade dussintals delar, som forskare analyserade och jämförde med de som gjordes på plats. Analys visade att mikrogravitation inte hade några tekniska signifikanta effekter på processen, demonstrerar att en 3D-skrivare fungerar normalt i rymden och banar väg för nya logistiksystem för långvariga uppdrag.

    NASA-astronauten Anne McClain installerar ReFabricator på rymdstationen i februari 2019. Skrivaren utvecklades för att testa teknik för återvinning av plastavfall till högkvalitativ 3D-skrivarfilament. Kredit:NASA

    "Vår nuvarande hypotes baserad på hittills arbete är att denna speciella 3D-utskriftsprocess inte påverkas på ett betydande sätt av mikrogravitation, " sa medutredaren Tracie Prater, en materialingenjör på MSFC. "Det fanns vissa skillnader i flyg- och markprovuppsättningarna, som sannolikt kan hänföras till den inneboende variationen i efterföljande konstruktioner som är vanliga med additiv tillverkningsprocess. Som med alla processer, det är viktigt med god processkontroll. Tanken med teknikdemonstrationen var att visa att du kan göra detta i mikrogravitation, och det enda sättet att testa att det fungerade över tid på stationen."

    Made in Space utvecklade sedan Additive Manufacturing Facility (AMF), som kan skriva ut med en mängd olika material, inklusive teknisk plast. En andra utredning, AMF-ABS designvärden, skapade delar med den här skrivaren på rymdstationen, igen för jämförelse med de som gjordes på marken. "Vi skrev ut ett antal exemplar och håller på att skriva analysen, ", sa Prater. "Vi tog en annan testmetod, tittar på effekten av filamentuppläggning på egenskaper och konsistens hos delen. En utmaning är att det verkligen inte finns några bestämda standarder för hur man testar 3D-tryckt material, men olika organisationer, inklusive NASA, arbetar med testprocedurer."

    En av de första delarna som trycktes på rymdstationen under 3D-utskrift i Zero G, en skiftnyckel, visade att det var möjligt att fjärrsända en design från marken till ett tillverkningssystem mer än 200 miles ovanför. Förutom sina testkörningar, AMF har tryckt flera funktionella föremål, inklusive en antenndel, en adapter för att hålla en sond i ett luftuttag på stationens syrgasgenereringssystem, och en del för att koppla ihop två Sfärer, frittflygande robotar som används för forskning på rymdstationen.

    Att använda återvunnet material för skrivarmaterial kan rädda framtida långvariga utforskningsuppdrag från att behöva bära ett stort utbud av material för 3D-utskrift. Återvinning kan också använda material som annars skulle utgöra en olägenhet eller en fråga om sophantering vid dessa uppdrag. Som ett steg mot den förmågan, ReFabricator-undersökningen visar teknik utvecklad av Tethers Unlimited för att återvinna plastavfall, inklusive tidigare tryckta föremål, till högkvalitativ 3D-skrivarfilament. Det började arbeta på rymdstationen i februari 2019.

    Hårdvaran Made in Space Recycler förberedd för uppskjutning till rymdstationen för att testa upparbetning av plast till 3D-utskriftsfilament. Kredit:Made In Space, Inc.

    "Det är en viktig del av programmet, återanvända material du har istället för att behöva skicka upp mer råmaterial, " sa Prater.

    Nyligen, Made in Space Recycler lanserades till rymdstationen för en undersökning av vilka material som är mest effektiva för återvinning till 3-D-utskriftsfilament och vilka som kan hålla sig över flera användningsområden utan att försämras. Denna undersökning finansieras och flygs genom ISS National Lab.

    ISM-projektet arbetar också med att utveckla plaster med högre hållfasthet och skalningsprocesser som använder metall till rymdstationens storlek och kraftbegränsningar. "Om du tittar på delar som du kan behöva för on-demand-tillverkning av reservdelar på prospekteringsuppdrag, många är metall, så det är nästa stora push, " sa Prater.

    En annan utmaning är inspektion i omloppsbana av delar tillverkade i rymden, Hon sa. "Om du ska använda en del, du behöver veta att den uppfyller kraven för den avsedda användningen."

    I sista hand, ISM är avgörande för framtida prospekteringsuppdrag, och att testa dessa tillverkningssystem på rymdstationen banar väg för att tillåta dessa uppdrag att bli mer oberoende av jorden. Med projektets många kommersiella partners, det representerar också en viktig aspekt av NASA:s kommersialiseringsinitiativ i låg omloppsbana runt jorden. För att inte tala om att det frigör allt utrymme som tidigare använts för att lagra reservdelar.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com