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伯明翰大学该如何将金属机送入太空

2020-07-28| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1479|原作者: 东部三维网

摘要:将3D打印机交付太空早已是人类太空探索的议程。美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)已向国际空间站发送了塑料3D打印机,使这些3D打印机可以在不失重的环境中工作,从而可以为该空间站快速

将3D打印机交付太空早已是人类太空探索的议程。美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)已向国际空间站发送了塑料3D打印机,使这些3D打印机可以在不失重的环境中工作,从而可以为该空间站快速制造小型塑料零件。在NASA的组织下,由工业级3D打印机制造商nScrypt和生物墨水供应商Bioficial Org联合开发的太空生物3D打印机还通过了人体组织3D打印的下一步测试。准备了空间。

3D打印机的太空旅行不仅限于塑料和生物3D打印机。金属3D打印机向国际空间站的交付也已列入议程。伯明翰大学高级材料与过程实验室(AMP Lab)的一组科学家开发了一种微重力金属3D打印机,该打印机将在条件成熟时添加到国际空间站中。伯明翰大学的研究团队在开发这种特殊金属3D打印机时需要解决哪些问题?这台3D打印机有何特别之处?在本期中,小编将与您分享以了解这些问题。

一项艰巨的任务已迈出第一步

克服失重,解决后处理和电源问题

我们可以想象,在失重的情况下,任何人和事物都会漂浮。金属3D打印中常用的粉末材料也不例外。它们不会保持在粉末盒中的固定位置,并等待激光熔化,但会漂浮。因此,确保金属打印材料在没有重力的情况下熔化并沉积在指定位置是在空间上完成金属3D打印时要解决的问题。

图片来源:阿曼达菲尔德

那么伯明翰大学的研发团队如何解决这个问题?伯明翰大学开发的微重力金属3D打印机可以执行铝金属的3D打印,并且打印材料不是铝金属粉末,而是铝金属线。金属线的3D打印技术是直接能量沉积(DED)3D打印技术。在打印中,将铝线送入3D打印机中,加热到其熔点,然后挤压成指定的形状。当铝冷却时,其表面张力使印刷材料逐层融合在一起,而在此过程中无需依靠重力。

完成3D打印后,需要进行后处理,国际空间站上的金属3D打印也不例外。因此,如何在空间站中对金属3D打印零件进行后处理也是伯明翰大学需要解决的问题。伯明翰大学使用的金属3D打印技术类似于Norsk Titanium的快速等离子体沉积技术,该技术可以直接自由地形成金属零件而无需模具。但是,在完成零件的3D打印后,需要进行机加工以达到最终精度。因此,伯明翰大学研究小组负责人卡特教授认为,为了在国际空间站上完成金属零件的快速制造,除了这种金属3D打印机之外,还需要一台CNC机器完成零件的精加工。去除在打印期间创建的支撑结构也是在后处理过程中要考虑的问题。卡特教授认为,应将支撑结构添加到零件内部易于去除支撑的薄弱点。

研究小组还需要考虑国际空间站中金属3D打印机的电源要求。研究团队需要确保金属3D打印机的功率小于1500瓦。目前阶段开发的微重力金属3D打印机已经实现。目标是该设备的功率为1300瓦,这比某些厨房电热水壶的功率要小。

减肥测试结果如何?

从项目启动到打印机诞生,伯明翰大学的微重力金属3D打印机已经存在了三年。伯明翰大学的研究团队和欧洲航天局的工程师在微重力环境下对金属3D打印机进行了测试。该测试是在三架空中客车微重力测试飞机上进行的,每架飞机进行了31次。亚微重力抛物线飞行的持续时间为22秒,总测试持续时间超过半小时。

图片来源:Novespace

22秒的测试时间听起来很短,但是Cater的研发团队已经获得了大量的实验数据,并在微重力环境中使用金属材料成功地验证了它们的表面张力,从而获得了金属。沉降的概念是有效的。在减肥测试中,研究小组还测试了非常薄的金属材料的沉积,并且测试取得了积极的结果。

微重力金属3D打印机的初步测试取得了良好的结果。研究团队的下一个目标是解决在国际空间站的减肥环境中如何保持打印环境恒定的问题。在国际空间站的环境中,铝金属熔化。产生的热量会将环境温度提高到500-600度,研究团队需要测试各种冷却方法以达到恒定温度。

在无空间的环境中进行金属3D打印的第一步已经完成。伯明翰大学开发的金属3D打印机何时会被送到国际空间站开始真正的金属3D打印太空之旅?研发负责人卡特教授表示,这是一项艰巨的任务,预计将在2020年实现这一目标。



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