3D Baskının Yeni Potansiyeli: Yıldızlararası Göç ve Uzayın Gelişimi

3D bilgisayar teknolojisi kullanılarak, malzemelerin katman katman birikimi ile nesneleri inşa katkı üretim teknolojisi giderek uzay ekipmanları üretiminde ön planda hale gelmektedir. Bilim adamları, 3D baskının dünya dışı uzayın gelişimini önemli ölçüde hızlandırabileceğine inanıyorlar. 3D yazıcıların "alan üretimi" nasıl optimize edilir ve yazdırılan bileşenlerin güvenliğini nasıl artırır? Nanouydular için ultra hafif optik sistemler oluşturmak için yeni teknolojiler nasıl kullanılır? Rus üniversitelerinden araştırmacılar ("5-100" projesinin üyeleri) en son gelişmeleri tanıttılar.

Yeni yöntemin en önemli avantajlarından biri, 3D yazıcının geleneksel bir fabrikada çok sayıda ekipmanın yerini alabiliyor olmasıdır. Kasım 2020'de Forbes dergisi, girişimcilerin dikkatini çeken beş devrim niteliğindeki yeni teknoloji nin listesine katkı maddesi üretim teknolojisini (Latince additivus-add'den) dahil etti. Makalenin yazarı katkı üretim teknolojisi havacılık endüstrisine büyük faydalar getireceğini işaret etti. Bu alanda ürün ağırlığı genellikle nakliye maliyetlerini etkileyen en önemli faktördür.

Uzay 3D baskı önemli ölçüde dünya dışı uzayın gelişimini hızlandırabilir; katkı üretim teknolojisi de aktif roket imalat sanayi nüfuz ediyor.

30 Mayıs 2020'de Crew Dragon uzay aracı ve Falcon 9 roketinin fırlatılmasına katılan astronotlar Robert Bacon ve Doug Hurley'nin miğferleri 3D baskı teknolojisi kullanılarak dikildi.

SpaceX Aerospace Corporation'ın başkanı Elon Musk, 3D baskı kullanılarak dayanıklı yüksek performanslı motor parçalarının üretilebildiği ve harcanan zaman ve paranın geleneksel üretim yöntemlerini kullanmanın sadece küçük bir parçası olduğunu söyledi. 2014 yılında SpaceX ilk 3D baskılı bileşeni üretmişti.

"Blue Origin" havacılık şirketi Jeff Bezos, BE-4 motor bileşenlerini yazdırmak için katkı maddesi üretim teknolojisini kullanıyor. Amerika Birleşik Devletleri (Relativistic Space) ve İngiltere'den (Obex) genç roket şirketleri de 3D yazıcıların olanaklarından tam olarak yararlanmayı planlıyor.

3B bileşenlerin güvenliğini artırın

Aynı zamanda, 3D baskılı bileşenlerdeki en küçük hatalar bile oluşturulan ekipmanın güvenliği için hayati önem taşır. National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) bilim adamları alüminyumun 3D baskı teknolojisini geliştirmeyi ve ürünün sertliğini 1,5 kat artırmayı başardılar.

NUST MISIS araştırmacıları bu tür kusurların ana risk malzemenin yüksek gözeneklilik olduğuna inanıyoruz, nedenlerinden biri orijinal alüminyum tozu özellikleri. Baskılı ürünün mikro yapısının düzgün ve yoğun olmasını sağlamak için, bilim adamları malzemenin düşük gözenekliliğini sağlamak ve sertliğini 1,5 kat artırmak için alüminyum tozuna karbon nanofiber ekleme yöntemi önerdiler. Araştırma sonuçları "Kompozitler İletişim" dergisinde yayınlanmaktadır.

NUST MISIS'ten Profesör Alexander Gromov şunları söyledi: "Karbon nanofiberler, ürün sentezi sürecinde seçici lazer erime aşamasında baskı katmanları arasındaki sıcaklık degradesini en aza indirmeye yardımcı olan yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Bu nedenle, malzeme Mikroyapının homojenliği neredeyse tamamen ortadan kaldırılabilir."

Kullanılan karbon nanofibers işleme petrol sahası ilişkili gaz bir yan ürünüdür. Katalitik ayrışma işlemi sırasında karbon, katalizör tarafından dağıtılan metal parçacıkları üzerinde nanofiberler şeklinde birikir. Bilim adamları ayrıca, ilişkili gazın genellikle petrol ve gaz sahalarında "havalandırılan ve yakıldığına" ve çevreye zarar verdiğine, bu nedenle bu yeni yöntemin kullanımının önemli bir çevre koruma önemine işaret ettiler.

Optimize "Uzay İmalat"

Elon Musk ve diğer uzmanlar, 3D baskının Mars'ı kolonize etmek gibi gelecekteki uzay gelişimine yardımcı olabileceğine ikna oldular.

Mars'ta hayatta kalmak için, orada üretime başlamak ve en iyi yerel malzemeleri kullanmak gerekir. 3D yazıcı bir temel oluşturmak ve orada yaşayan bir ortam oluşturmak için kullanılabilir.

Şu anda bile, Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) çalışmalarında, malzeme alma sorunu hala ciddi, ve bir sonraki kargo uzay aracı astronotlar birkaç ay beklemek zorunda. Bazen önemli küçük parçalar hasar görür veya kaybolur, örneğin, elektrik kontakının plastik fişi genellikle kaybolur. Bu durumda, 3D yazıcılar uzayda plastik ürünler yazdırarak bu sorunu çözebilir. Gelecekte, yıldızlararası uçuşlar sırasında, kullanılabilirlik sorunları daha akut hale gelecek ve bu tür yazıcılar için talep kaçınılmaz olarak artacaktır.

2016'da NASA, Uluslararası Uzay İstasyonu'na astronotların ihtiyaç duyabileceği araçlar, ekipmanlar ve başka bir şey üretmek için Kalıcı bir 3D yazıcı takması için Made in Space'i görevlendirdi. Daha sonra, bazı Avrupa, Çin ve diğer şirketler de benzer makinelerin üretimi duyurdu.

Tomsk Teknoloji Üniversitesi'nden (TPU) bilim adamı olan 3D yazıcıyı geliştiren araştırmacı, Rusya'da üretilen 3D yazıcının 2021 yılında uzaya gireceğini söyledi. Avantajı ekipman yükseltmeleri ve bakım gerçekleştirebilirsiniz daha gelişmiş bir modüler sistemdir. Bu nedenle, 3D baskı malzemeleri basit plastikten üst yapılara veya kompozit malzemelere geçtiğinde, mühendisler bugün Amerikalı meslektaşları gibi yeni yazıcılar yapıp iss'e teslim etmek zorunda kalmayacaktır.

TPU'nun modern üretim teknolojisi bilim ve üretim laboratuvarı başkanı Vasily Fedorov şunları söyledi: "Şimdi, 3D yazıcının çalışma düzeni son aşamada. ISS'ye gönderilen ekipmanlar makinelere, hava koşullarına ve diğer yüklere karşı sıkı bir direnç gösterir. Gereksinim. Buna ek olarak, 3D yazıcı astronotlar için kesinlikle güvenli olduğundan emin olmak için. Şimdi, tüm bunlar inceleme altında ve bir dizi test ve teftiş yapıldı. Aynı zamanda, yazıcı için özel olarak ayarlanmış yazılım geliştirildi."

Nanouydular için ultra hafif optik sistemler oluşturun

3D baskı imkanı Samara Üniversitesi'ndeki bilim adamlarının diffractive optik nanouydular için benzersiz bir ultra-ışık optik sistemi oluşturmanıza olanak sağlar. Araştırmacılar bu uzaya girmek için diffractive optik ile dünyanın ilk lens olacağını söylüyorlar.

Optik sistemin çekirdeği, benzersiz özelliklere sahip üniversitede geliştirilen düzlem diffractive lenstir. Bu lens tabanlı lens modern uzun menzilli lens lens sistemi yerini alır, ve özellikleri hafif (optik bileşenleri az 100 gram ağırlığında) ve küçük boyutu.

Objektif yenilikçi bir biyonik şekil kabuk vardır ve mukavemet özelliklerini korurken ağırlığı en aza indirmek için en iyi teknoloji ile tasarlanmıştır. Uzay aracı bileşenlerinin karmaşık dış şekli ve iç yapısı, SLM280HL seçici lazer füzyon ekipmanına 3D baskılanmıştır.

Bilim adamlarına göre, bileşenlerin ağırlığını mümkün olduğunca azaltmak için, iç yapısında topoloji optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve bunun sonucunda özel petek blokları eklenmiştir. Parçanın boyutu 70×80×100 mm'dir. Katkı maddesi üretim teknolojisinin kullanımı nedeniyle, ağırlığı geleneksel yöntemlerle üretilen benzer parçalara göre yaklaşık% 40 daha hafiftir.

Vitaly Smailov, Samara Üniversitesi Motor Üretim Teknolojisi Öğretim ve Araştırma Ofisi doçent, şöyle dedi: "Lens kabuğu AlSi10Mg alüminyum alaşım tozu yapılır. Rusya'da üretilen alaşım hem Rusya'da hem de yurtdışında yüksek bir üne sahiptir. Havacılık ve havacılık alanında ağırlık ana özelliğidir ve sanayi bu göstergeyi azaltmaya çalışıyor."

Bilim adamları orijinal yapının çok aşamalı topoloji optimizasyonu yapıldı, elde edilen ve çeşitli formları analiz.

Anton Agapovich, Samara Üniversitesi'nde araştırmacı, şöyle dedi: "Biz CADFEM BDT topoloji optimizasyonu ve katkı üretim teknolojisi alanında uzmanlarla işbirliği yaptık ve dünya havacılık endüstrisinin modern ihtiyaçlarını karşılamak için yeni bir yapı türü elde etmek için bir çok iş yaptık."

Bilim adamlarına göre, CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager) lens gibi benzer ürünler, maliyet 23,000 Euro, ve geliştirdikleri optik sistemin fiyatı çok daha düşük olacaktır.

Ulusal "eğitim" projesi kapsamında hayata geçirilen "5-100" planı, Rus üniversitelerinin bilimsel araştırma potansiyellerini artırmalarına ve küresel eğitim hizmeti pazarındaki rekabet konumlarını geliştirmelerine yardımcı olmayı amaçlıyor.