استعمار سایر سیارات و اکتشافات فضایی: چاپ سه بعدی فرصت های جدیدی را ارائه می دهد

دانشمندان بر این باورند که چاپ سه بعدی ممکن است تقویت قابل توجهی در اکتشافات فرازمینی ایجاد کند.

چگونه می توان چاپ سه بعدی سازه ها را در فضا بهینه و امنیت آنها را افزایش داد؟ چگونه می توان سیستم های نوری فوق نور برای نانوماهواره ها را با کمک فناوری های جدید ایجاد کرد؟

محققان دانشگاه های روسیه که بخشی از پروژه “5-100” هستند ، پیشرفت های خود را با جزئیات توضیح داده اند.

یکی از مزایای اصلی رویکرد جدید در این واقعیت نهفته است که یک چاپگر سه بعدی می تواند جایگزین بارهای تجهیزات معمولی کارخانه شود.

در نوامبر سال 2020 ، مجله Forbes شامل فن آوری های افزودنی (از Lat. additivus) در لیست پنج فناوری انقلابی جدید است که کارآفرینان باید به آنها توجه کنند.

نویسندگان این بررسی خاطر نشان کردند که فناوری های افزودنی می توانند مزایای زیادی را در صنعت هوافضا فراهم کنند ، جایی که وزن یک محصول به ندرت بالاترین عامل هزینه نیست.

استفاده از چاپ سه بعدی در فضا ممکن است سرعت کاوش در اراضی فرازمینی را افزایش دهد. فن آوری های افزودنی نیز به طور فعال در ساخت موشک نفوذ می کنند.

کلاه ایمنی فضانوردان رابرت بهنکن و داگ هرلی ، که در پرتاب موشک Falcon 9 در کشتی فضایی Crew Dragon در 30 مه 2020 شرکت کردند ، برای اندازه گیری با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی ساخته شده است.

به گفته رئیس شرکت هوافضا SpaceX ، ایلان ماسک ، با کمک چاپ سه بعدی می توان قطعات موتور جامد و با ظرفیت بالا را با هزینه کمتری و در کسری از زمان صرف شده برای یک کالای تولید شده متعارف ساخت. این شرکت اولین قسمت چاپ شده با چاپگر سه بعدی را در سال 2014 رونمایی کرد.

شرکت هوافضا Blue Origin از فن آوری های افزودنی برای چاپ قطعات روی موتور BE-4 استفاده می کند. شرکت های موشکی جوان از ایالات متحده (Relativity Space) و انگلیس (Orbex) نیز در حال برنامه ریزی برای بهره برداری هرچه بیشتر از فرصت های چاپ سه بعدی هستند.

افزایش امنیت سازه های سه بعدی

در همین حال ، حتی نقص جزئی در ساختار چاپ شده با استفاده از چاپگرهای سه بعدی ، نقشی اساسی در امنیت تجهیزات تولید شده دارد.

دانشگاهیان دانشگاه ملی علم و صنعت “MISiS” با افزایش 50 درصدی سختی آن ، موفق به ارتقا فناوری چاپ سه بعدی آلومینیوم شده اند.

©
عکس: NUST MISIS

کامپوزیت های هوافضا چاپ سه بعدی

به گفته محققان MISiS ، خطر اصلی چنین نقص هایی ناشی از حجم بالای منافذ ماده است که از جمله ویژگی های پودر آلومینیوم اصلی است.

دانشمندان برای رسیدن به ریزساختار یکنواخت و ضخیم از مواد چاپی ، پیشنهاد کردند که نانوالیاف کربنیک به پودر آلومینیوم اضافه شود ، که به کم شدن حجم منافذ و افزایش 50 درصدی سختی مواد کمک می کند. نتایج تحقیق در مجله Composites Communications منتشر شده است.

“نانوالیاف کربنیک از هدایت حرارتی بالایی برخوردار است ، که به حداقل رساندن شیب درجه حرارت بین لایه های چاپ در طول سنتز موارد ، در مرحله ذوب لیزری انتخابی کمک می کند. با تشکر از این ، تقریباً همه ناهمگنی را می توان به طور کامل از ساختار ریز مواد حذف کرد. “

نانو الیاف کربنیک استفاده شده محصول جانبی تولید گازهای مرتبط با روغن است. کربونیم در طی تجزیه کاتالیستی خود ، به صورت نانوالیاف روی ذرات پراکنده فلز کاتولیت جمع می شود. گازهای مرتبط با روغن معمولاً در معادن سوزانده می شوند ، که برای محیط زیست مضر است و بنابراین استفاده از روش جدید از نظر اکولوژیکی نیز مهم است.

برای بهینه سازی ساخت در فضا

الون ماسک و متخصصان دیگر می گویند ممکن است از چاپ سه بعدی در مأموریت های احتمالی فضایی مانند استعمار مریخ استفاده شود.

برای زندگی در مریخ ، داشتن فرصتی برای شروع تولید در آنجا و استفاده ایده آل از مواد استخراج شده در محل ، ضروری است. استفاده از پرینترهای سه بعدی برای پایه ریزی و ساخت اکوسیستم در آنجا امکان پذیر خواهد بود.

هم اکنون ، در ایستگاه فضایی بین المللی ، موضوع دسترسی به مواد کاملاً مضطرب است ، زیرا فضانوردان باید چندین ماه برای کشتی های باری صبر کنند.

برخی از اجزای ریز مهم ممکن است خراب یا از بین بروند ، به عنوان مثال ، پلاگین های پلاستیکی کور برای اتصالات الکتریکی. در این موارد ، یک چاپگر سه بعدی ، که توانایی چاپ اقلام پلاستیکی را در فضا دارد ، حل مسئله را ممکن می کند.

در آینده ، در حین پروازهای بین سیاره ای ، مشکل دسترسی حتی بیشتر می شود و تقاضای چنین چاپگر بیشتری خواهد داشت.

در سال 2016 ، ناسا برای تولید ابزار ، تجهیزات و همه چیزهایی که ممکن است در طول یک مأموریت فضایی به کارتان بیاید ، شرکت Made in Space را به ایجاد چاپگر سه بعدی دائمی در ISS راهنمایی کرد.

پس از آن ، برخی از شرکت های دیگر تولید ماشین آلات مشابه را اعلام کردند.

محققان دانشگاه پلی تکنیک تومسک گفتند: مزیت چاپگر سه بعدی روسی که سفر به فضا در سال 2021 است ، یک سیستم ماژول پیشرفته تر است که امکان مدرن سازی و تعمیر تجهیزات را فراهم می کند.

بنابراین ، هنگام حرکت از پلاستیک های ساده به مواد فوق ساختاری و ترکیبی ، مهندسان مجبور نیستند چاپگر جدیدی بسازند و آن را دوباره به ISS ارسال کنند ، همانطور که همکاران آمریکایی ما اکنون این کار را انجام می دهند.

کار نهایی برای تهیه مدل چاپگر سه بعدی در حال انجام است. تجهیزاتی که به ISS ارسال می شوند ، از نظر مقاومت در برابر مکانیک ، آب و هوا ، بار و غیره ، الزامات جدی وجود دارد. همچنین اطمینان از ایمن بودن چاپگر برای فضانوردان مهم است. همه اینها اکنون در حال آزمایش است – تعدادی آزمایش و بازرسی در حال انجام است. به طور جداگانه ، نرم افزاری که مخصوص این چاپگر ساخته شده است در حال به روزرسانی است.

ایجاد یک سیستم نوری فوق سبک برای نانوماهواره ها

فرصت های چاپ سه بعدی این امکان را برای دانشمندان دانشگاه سامارا فراهم کرده است که بتوانند یک سیستم نوری فوق سبک فوق العاده با نوری پراش برای نانوماهواره ها ایجاد کنند. محققان گفتند که این اولین لنز جهان با نوری پراش برای سفر به فضا خواهد بود.
در هسته سیستم نوری یک لنز پراش مسطح وجود دارد که در دانشگاه تولید شده است و دارای ویژگی های منحصر به فردی است. یک لنز دوربین بر اساس آن می تواند جایگزین کل سیستم لنزهای مورد استفاده در دوربین های تلویزیونی شود و از نظر وزن سبک (کمتر از 100 گرم ، از جمله قسمت اپتیک) و اندازه کوچک متمایز می شود.

برای لنز ، محققان یک قاب ابتکاری با شکل بیونیک ساخته اند که محاسبه شده است به طوری که می توان با حفظ همان سختی وزن را کاهش داد.

این م componentلفه که از نظر شکل و ساختار داخلی مفصل است ، با استفاده از چاپ سه بعدی با دستگاه ذوب لیزری انتخابی SLM 280HL طراحی شده است.

طبق گفته دانشمندان ، برای به حداقل رساندن وزن ملفه ، در هنگام بهینه سازی توپولوژیکی ، قطعات متخلخل ویژه ای به ساختار داخلی آن افزوده شده است.

©
عکس: NUST MISIS

کامپوزیت های هوافضا چاپ سه بعدی

اندازه جز 70 70 × 80 × 100 میلی متر است. استفاده از فن آوری های افزودنی به کاهش وزن آن تقریباً 40 درصد در مقایسه با یک قطعه مشابه تولید شده به روش معمول کمک کرد.

”قاب لنز دوربین از پودر آلیاژ آلومینیوم AlSi10M ساخته شده است. آلیاژ ساخت روسیه هم در روسیه و هم در خارج از کشور شناخته شده است. همانطور که شناخته شده است ، در صنایع فضا و هواپیمایی ، وزن اصلی ترین ویژگی است و برای کاهش این اقدامات ، کار مداومی در حال انجام است “، ویتالی اسملوف ، دانشگاهی در گروه فناوری های ساخت موتور در دانشگاه سامارا ، به اشتراک گذاشت.

دانشمندان با انجام یک بهینه سازی توپولوژیکی چند مرحله ای از ساختار اصلی ، سرانجام به دست آمده و چند شکل از آن را تجزیه و تحلیل کردند.

آنتون ، دانشگاهی سامارا آگاپوویچف

هزینه اقلام مشابه مانند لنز دوربین برای CubeSat Gecko Imager 23،000 یورو است. دانشمندان می گویند سیستم اپتیک آنها بسیار ارزان تر خواهد بود.

پروژه 5-100 ، که به عنوان بخشی از پروژه ملی “آموزش” در حال انجام است ، با هدف افزایش پتانسیل تحقیق و توسعه دانشگاه های روسیه و رقابت پذیری آنها در بازار آموزشی جهانی است.