Il nuovo potenziale della stampa 3D: migrazione interstellare e sviluppo dello spazio

Utilizzando la tecnologia informatica 3D, la tecnologia di produzione additiva per la costruzione di oggetti mediante l'accumulo strato per strato di materiali sta diventando sempre più all'avanguardia nella produzione di apparecchiature spaziali. Gli scienziati ritengono che la stampa 3D possa accelerare in modo significativo lo sviluppo dello spazio extraterrestre. Come ottimizzare il" space manufacturing" delle stampanti 3D e migliorare la sicurezza dei componenti stampati? Come utilizzare le nuove tecnologie per creare sistemi ottici ultraleggeri per nanosatelliti? I ricercatori delle università russe (membri del progetto" 5-100") hanno presentato i loro ultimi sviluppi.

Uno dei principali vantaggi del nuovo metodo è che una stampante 3D può sostituire un gran numero di apparecchiature in una fabbrica tradizionale. Nel novembre 2020, la rivista Forbes ha incluso la tecnologia di produzione additiva (dal latino additivus-add) nell'elenco di cinque nuove tecnologie rivoluzionarie degne dell'attenzione degli imprenditori. L'autore dell'articolo ha sottolineato che la tecnologia di produzione additiva porterà enormi vantaggi all'industria aerospaziale. In questo campo, il peso del prodotto è solitamente il fattore più importante che influisce sui costi di trasporto.

La stampa 3D spaziale può accelerare in modo significativo lo sviluppo dello spazio extraterrestre; La tecnologia di produzione additiva sta anche penetrando attivamente nell'industria della produzione di razzi.

Il 30 maggio 2020, i caschi degli astronauti Robert Bacon e Doug Hurley che hanno partecipato al lancio della navicella spaziale Crew Dragon e del razzo Falcon 9 sono stati personalizzati utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

Elon Musk, capo di SpaceX Aerospace Corporation, ha affermato che utilizzando la stampa 3D è possibile produrre parti del motore durevoli ad alte prestazioni e che il tempo e il denaro spesi sono solo una piccola parte dell'utilizzo dei metodi di produzione tradizionali. Nel 2014, SpaceX aveva già prodotto il primo componente stampato in 3D.

GG quot; Blue Origin" L'azienda aerospaziale Jeff Bezos utilizza la tecnologia di produzione additiva per stampare i componenti del motore BE-4. Anche le giovani compagnie missilistiche degli Stati Uniti (Relativistic Space) e del Regno Unito (Obex) intendono sfruttare appieno le possibilità delle stampanti 3D.

Migliora la sicurezza dei componenti 3D

Allo stesso tempo, anche i più piccoli difetti nei componenti stampati in 3D sono vitali per la sicurezza dell'attrezzatura creata. Gli scienziati della National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) sono stati in grado di migliorare la tecnologia di stampa 3D dell'alluminio e aumentare la durezza del prodotto di 1,5 volte.

I ricercatori di NUST MISIS ritengono che il rischio principale di tali difetti sia l'elevata porosità del materiale, uno dei motivi sono le caratteristiche della polvere di alluminio originale. Al fine di garantire che la microstruttura del prodotto stampato sia uniforme e densa, gli scienziati hanno proposto un metodo per aggiungere nanofibre di carbonio alla polvere di alluminio per garantire una bassa porosità del materiale e aumentare la sua durezza di 1,5 volte. I risultati della ricerca sono pubblicati su" Composites Communications" rivista.

Il professor Alexander Gromov di NUST MISIS ha dichiarato:" Le nanofibre di carbonio hanno un'elevata conduttività termica, che aiuta a ridurre al minimo il gradiente di temperatura tra gli strati di stampa durante la fase di fusione laser selettiva durante il processo di sintesi del prodotto. Pertanto, il materiale La disomogeneità della microstruttura può essere quasi completamente eliminata."

Le nanofibre di carbonio utilizzate sono un sottoprodotto della lavorazione del gas associato ai giacimenti petroliferi. Durante il suo processo di decomposizione catalitica, il carbonio si accumula sotto forma di nanofibre sulle particelle metalliche disperse dal catalizzatore. Gli scienziati hanno anche sottolineato che il gas associato è solitamente"" ventilato e bruciato; nei giacimenti di petrolio e gas, causando danni all'ambiente, quindi l'uso di questo nuovo metodo ha un importante significato di protezione ambientale.

Ottimizza quotazione GG; quotazione&produzione spaziale;

Elon Musk e altri esperti sono convinti che la stampa 3D possa aiutare il futuro sviluppo spaziale, come la colonizzazione di Marte.

Per sopravvivere su Marte, devi essere in grado di avviare la produzione lì e utilizzare al meglio i materiali locali. La stampante 3D può essere utilizzata per costruire una base e creare un ambiente di vita lì.

Anche adesso, nel lavoro della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), il problema di ottenere i materiali è ancora serio e gli astronauti della prossima navicella cargo dovranno attendere diversi mesi. A volte piccole parti importanti vengono danneggiate o perse, ad esempio la spina di plastica del contatto elettrico viene spesso persa. In questo caso, le stampanti 3D possono risolvere questo problema stampando prodotti in plastica nello spazio. In futuro, durante i voli interstellari, i problemi di disponibilità diventeranno più acuti e la domanda di tali stampanti aumenterà inevitabilmente.

Nel 2016, la NASA ha commissionato a Made in Space l'installazione di una stampante 3D permanente sulla Stazione Spaziale Internazionale per produrre strumenti, attrezzature e qualsiasi altra cosa di cui gli astronauti potrebbero aver bisogno. Successivamente, anche alcune società europee, cinesi e altre hanno annunciato la produzione di macchine simili.

Il ricercatore che ha sviluppato la stampante 3D, uno scienziato della Tomsk University of Technology (TPU), ha affermato che la stampante 3D prodotta in Russia entrerà nello spazio nel 2021. Il suo vantaggio è un sistema modulare più avanzato in grado di realizzare aggiornamenti e manutenzione delle apparecchiature. Pertanto, quando i materiali di stampa 3D passano dalla semplice plastica alle sovrastrutture o ai materiali compositi, gli ingegneri non dovranno costruire nuove stampanti come i loro colleghi americani oggi e poi consegnarle alla ISS.

Vasily Fedorov, capo del laboratorio di scienza e produzione della moderna tecnologia di produzione TPU GG, ha dichiarato:" Ora, il layout di lavoro della stampante 3D è nella fase finale. L'attrezzatura inviata all'ISS ha una rigida resistenza a macchinari, agenti atmosferici e altri carichi. Requisiti. Inoltre, per garantire che la stampante 3D sia assolutamente sicura per gli astronauti. Ora, tutto questo è in fase di ispezione e sono state eseguite una serie di test e ispezioni. Allo stesso tempo, è stato migliorato il software impostato appositamente per la stampante."

Crea sistemi ottici ultraleggeri per nanosatelliti

La possibilità della stampa 3D consente agli scienziati dell'Università di Samara di creare un sistema ottico ultraleggero unico per nanosatelliti con ottica diffrattiva. I ricercatori affermano che questa sarà la prima lente al mondo per&con ottica diffrattiva ad entrare nello spazio.

Il cuore del sistema ottico è la lente diffrattiva piana sviluppata nell'università, che ha caratteristiche uniche. L'obiettivo basato su questo obiettivo sostituisce il sistema di lenti del moderno obiettivo a lungo raggio e le sue caratteristiche sono leggerezza (con componenti ottici che pesano meno di 100 grammi) e dimensioni ridotte.

La lente ha un innovativo guscio di forma bionica ed è progettata con la migliore tecnologia per ridurre al minimo il peso mantenendo le caratteristiche di resistenza. La complessa forma esterna e la struttura interna dei componenti del veicolo spaziale sono stampate in 3D sull'attrezzatura di fusione laser selettiva SLM280HL.

Secondo gli scienziati, al fine di ridurre il più possibile il peso dei componenti, è stata effettuata un'ottimizzazione della topologia nella sua struttura interna, a seguito della quale sono stati aggiunti speciali blocchi a nido d'ape. La dimensione della parte è 70 × 80 × 100 mm. Grazie all'uso della tecnologia di produzione additiva, il suo peso è di circa il 40% più leggero rispetto a parti simili prodotte con metodi tradizionali.

Vitaly Smailov, professore associato presso l'Ufficio per l'insegnamento e la ricerca della tecnologia di produzione di motori presso l'Università di Samara, ha dichiarato:" Il guscio dell'obiettivo è realizzato con polvere di lega di alluminio AlSi10Mg. La lega prodotta in Russia gode di un'ottima reputazione sia in Russia che all'estero. Nel campo dell'aerospazio e dell'aviazione, il peso è la caratteristica principale e l'industria ha cercato di ridurre questo indicatore."

Gli scienziati hanno eseguito l'ottimizzazione della topologia a più stadi della struttura originale, ottenendo e analizzando diverse forme.

Anton Agapovich, ricercatore presso l'Università di Samara, ha dichiarato:" Abbiamo collaborato con esperti nel campo dell'ottimizzazione della topologia CADFEM CIS e della tecnologia di produzione additiva e abbiamo fatto molto lavoro per ottenere un nuovo tipo di struttura per soddisfare il esigenze dell'industria aerospaziale mondiale Requisiti moderni."

Secondo gli scienziati, prodotti simili, come l'obiettivo del CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager), costano 23.000 euro e il prezzo del sistema ottico che stanno sviluppando sarà molto più basso.

GG quot; 5-100" piano attuato nell'ambito del" educazione" Il progetto mira ad aiutare le università russe ad aumentare il loro potenziale di ricerca scientifica e a migliorare la loro posizione competitiva nel mercato dei servizi di istruzione globale.