ESA lanserar den första 3D-skrivaren i metall till ISS

By | January 31, 2024

Vetenskap och utforskning

2024-01-31
1162 åsikter
13 smakar

Metall 3D-utskrift kommer snart att utföras för första gången i omloppsbana. En banbrytande europeisk tillverkad 3D-skrivare i metall är på väg till den internationella rymdstationen på Cygnus NG-20 återförsörjningsuppdraget som lanserades i går.

“Denna nya 3D-skrivare som skriver ut metalldelar representerar en världsnyhet, i en tid av växande intresse för rymdtillverkning”, förklarar ESA:s tekniska chef Rob Postema. “Polymerbaserade 3D-skrivare har redan lanserats och använts ombord på ISS, med plastmaterial som värms upp i skrivarhuvudet och sedan deponeras för att bygga det önskade objektet, ett lager i taget.

”Metal 3D-utskrift representerar en större teknisk utmaning, eftersom det innebär mycket högre temperaturer och smältning av metall med laser. På så sätt måste säkerheten för besättningen och själva stationen garanteras, även om underhållsmöjligheterna också är mycket begränsade. Men om det lyckas skulle metallens styrka, ledningsförmåga och styvhet ta potentialen för 3D-utskrift i rymden till nya höjder.”

Skriv ut i rymden

Metall 3D-skrivare i drift på jorden.

Väl framme vid den internationella rymdstationen kommer ESA-astronauten Andreas Mogensen att förbereda och installera den cirka 180 kg tunga 3D-skrivaren i metall i European Draw Rack Mark II i ESA:s Columbus-modul. Efter installationen kommer skrivaren att styras och övervakas från jorden, så utskrift kan göras utan Andreas överinseende.

Metal 3D Printer-teknikdemonstratorn har utvecklats av ett industriteam ledd av Airbus Defence and Space SAS (som också samfinansierar projektet) under kontrakt med ESA:s Human Exploration and Robotics Directorate.

“Denna demonstration i omloppsbana är resultatet av ett nära samarbete mellan ESA och det lilla och dynamiska teamet av ingenjörer på Airbus”, säger Patrick Crescent, projektledare på Airbus. ”Men det här är inte bara ett steg mot framtiden; Det är ett steg för innovation inom rymdutforskning. Det banar väg för tillverkning av mer komplexa metallstrukturer i rymden. “Det är en viktig tillgång för att säkerställa utforskningen av månen och Mars.”

Skrivaren kommer att skriva ut med en typ av rostfritt stål som vanligtvis används i medicinska implantat och vattenbehandling på grund av dess goda korrosionsbeständighet.

Rostfri ståltråd matas in i utskriftsområdet, som värms upp av en kraftfull laser, ungefär en miljon gånger kraftfullare än en genomsnittlig laserpekare. När tråden sänks ned i den smälta poolen smälts trådens ände och sedan tillsätts metall till utskriften.

ESA:s materialingenjör Advenit Makaya, från ESA:s direktorat för teknik, teknik och kvalitet, gav tekniskt stöd till projektet: “Svetsmassan i tryckprocessen är mycket liten, i storleksordningen en millimeter bred. , så ytspänningen på flytande metall håller den stadigt på plats under viktlösa förhållanden. Ändå är smältpunkten för rostfritt stål cirka 1400°C, så skrivaren arbetar inuti en helt förseglad låda, vilket förhindrar överskottsvärme eller ångor från att nå rymdstationens besättning. Och innan utskriftsprocessen börjar måste skrivarens interna syreatmosfär ventileras ut i rymden och ersättas med kväve; “Varmt rostfritt stål skulle rosta om det utsätts för syre.”

Former och storlekar

Metall 3D-skrivare testutskrift

Fyra intressanta sätt har valts ut för att testa prestandan hos Metal 3D-skrivaren. Dessa första objekt kommer att jämföras med samma former tryckta på marken, kallade referenstryck, för att se hur den rumsliga miljön påverkar utskriftsprocessen. De fyra utskrifterna är alla mindre än en läskburk, väger mindre än 250 g per utskrift och tar mellan två och fyra veckor att skriva ut. Schemalagd utskriftstid är begränsad till fyra timmar per dag, på grund av bullerreglerna på rymdstationen: fläktarna och skrivarmotorn är relativt bullriga.

När en form har skrivits ut kommer Andreas att ta bort den från skrivaren och paketera den för att säkert resa till jorden för bearbetning och analys, för att förstå skillnaderna i utskriftskvalitet och prestanda i rymden, till skillnad från från jorden.

En referens och 0xg-utskrift, som är en del av ett dedikerat verktyg, kommer att skickas till European Astronaut Center (EAC) i Köln, Tyskland. Två andra kommer att bege sig till ESA:s tekniska hjärta, European Space Research and Technology Centre (ESTEC), där ett team från Electrical Materials and Components Laboratory väntar på prover för makro- och mikroanalys av de tryckta delarna. Det slutliga trycket kommer att gå till Danmarks Tekniske Universitet (DTU), som föreslog dess form, och kommer att undersöka dess termiska egenskaper för att stödja till exempel framtida antennuppriktning.

Förbereder för framtiden

“Som ett teknikdemonstrationsprojekt är vårt mål att demonstrera potentialen för 3D-utskrift av metall i rymden”, tillägger Rob. “Vi har redan lärt oss mycket hittills och vi hoppas kunna lära oss mycket mer på vägen för att göra tillverkning och montering i rymden till ett praktiskt förslag.”

Ett av ESA:s mål för framtida utveckling är att skapa en cirkulär rymdekonomi och återvinna material i omloppsbana för att möjliggöra bättre resursanvändning. Ett sätt skulle vara att återanvända bitar från gamla satelliter till nya verktyg eller strukturer. 3D-skrivaren skulle eliminera behovet av att skicka ett verktyg med en raket och tillåta astronauter att skriva ut de nödvändiga delarna i omloppsbana.

Tommaso Ghidini, chef för ESA:s mekanikavdelning, konstaterar: “Metal 3D-utskrift i rymden är en lovande förmåga att stödja framtida utforskningsaktiviteter, men också bortom, för att bidra till mer hållbara rymdaktiviteter, genom tillverkning, reparation och kanske återvinning på plats av rymdstrukturer, för ett brett spektrum av applikationer. Detta inkluderar tillverkning och montering av stor infrastruktur i omloppsbana, såväl som långsiktiga planetariska mänskliga bosättningar. “Dessa aspekter är nyckelpunkter i ESA:s kommande tvärgående teknikinitiativ.”

Thomas Rohr, chef för ESA:s material- och processsektion, tillägger: “Denna teknikdemonstration, som visar bearbetningen av metalliska material i mikrogravitation, banar väg för framtida initiativ för tillverkning av infrastruktur utanför jordens gränser. “.

Läs mer om Andreas och vetenskap på Huginns sida.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *