搭乘SpaceX走向太空,在空间站探索零重力3D打印 

3D打印应用 /[航天]
发布时间: 2022-12-02 11:17
2022年11月26日,美国SpaceX载人龙飞船发射成功,为国际空间站 (ISS) 的机组人员运送新的科学调查、物资和设备。据资源库了解,搭载SpaceX第26次商业补给任务 (CRS) 包括麻省理工学院的3D打印实验室项目,将在美国太空国际空间站国家实验室进行零重力3D打印的实验。
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SpaceX的猎鹰9号火箭搭载Dragon飞船,从NASA肯尼迪航天中心飞向天空,图片来自:美国宇航局

据报道,研究人员将展示在微重力环境中将液态树脂挤压成定制形状,以创建地球上无法制造的几何形状。有效载荷架构由三个气泵组成,这些气泵将光固化树脂注入预制的柔性形式,同时通过摄像机捕捉整个过程。
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麻省理工学院太空探索计划中“挤压有效载荷”项目装置,图片来自:麻省理工学院

首席研究员兼麻省理工学院媒体实验室太空探索计划主任Ariel Ekblaw说:“该实验利用微重力环境来挤压常见和复杂的分支形状。我们的方法减少了生产日常任务所需关键部件的时间,它可能支持未来空间建设像桁架和天线这样的大型结构。挤压调查建立在我们的增材制造和太空自组装工作流之上。”
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硅胶外壳包含并塑造液体的挤压实验,图片来自:麻省理工学院

Ekblaw继续解释说,在微重力环境中,通常会下垂的挤压可以不受阻碍地进行,从而可以创建在重力环境中无法生产的结构。在地球上,重力会使大型物体变形,例如大型建筑中使用的横梁。传统的增材制造工艺,尤其是那些使用液态树脂作为原料的工艺,会受到重力的限制。相反,空间的失重使得能够在没有这种变形的情况下制造更长更薄的结构。

如果成功,该项目可以帮助为更复杂的空间结构(包括空间站、太阳能阵列、望远镜和工业设备)的增材制造奠定基础,以支持未来的太空探索。
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麻省理工学院在轨期间所开展挤压实验中获得的打印样品,图片来自:麻省理工学院

此外,考虑到整体发射大型结构是不可行的,因为它们必须能够承受地球上和发射过程中比在太空中承受的力大得多的力,这些部件可以使用挤压技术在轨道上制造,然后运回地球。

在此前的研究中,该团队成功地测试了液体快速挤压和紫外线固化的新方法在微重力下的树脂形状。
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研究人员在零重力飞行实验室飞机(ZERO-G)进行实验,图片来自:Steve Boxall/ZERO-G

挤出硬件的早期版本使用两种原料,一种小规格柔性线材和一种光固化树脂。它通过喷嘴组件将它们挤出,同时将电线弯曲成3D形状,并在其上涂上一层均匀的树脂。根据最初的项目摘录,在喷嘴之后,放置了一系列UV LED发射器来固化树脂,使其硬化并将其粘合到电线上。一旦创建了整个形状,切割机构就在喷嘴出口后切割涂层线材,以允许创建另一种形状。
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团队成员(从左到右)王喆玮、Aiden Padilla、Sean Auffinger、Martin Nisser和Ariel Ekblaw,图片来自:Steve Boxall/ZERO-G

通过这一举措,麻省理工学院的研究人员正在创造和部署太空创新,设想一个大胆且文化丰富的“新太空时代”,从星状细菌可穿戴设备和开放式立方体卫星星座到用于太空航行的乐器、漂浮空间栖息地和先进的零重力3D打印。
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