工程師設(shè)計(jì)在零重力條件下構(gòu)造太陽(yáng)能電池板或天線的軌道3D打印機(jī)

魔猴君  行業(yè)資訊   1396天前

慕尼黑應(yīng)用科技大學(xué)的工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)發(fā)了一種新穎的3D打印機(jī)，該打印機(jī)能夠制造低地球軌道（LEO）中的衛(wèi)星。該團(tuán)隊(duì)基于擠壓技術(shù)的系統(tǒng)是“ AMIS-FYT”項(xiàng)目的一部分，旨在在零重力條件下構(gòu)造太陽(yáng)能電池板或天線。新機(jī)器潛在地減少了將重型機(jī)械發(fā)射到太空的需求，在節(jié)省資源的同時(shí)允許攜帶更多的燃料，從而延長(zhǎng)了未來(lái)的任務(wù)。

AIMIS-FYT團(tuán)隊(duì)新聞官TorbenSch?fer解釋說(shuō)：“對(duì)于衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，燃料通常是限制因素，目前通常持續(xù)15年左右。我們的3D打印過(guò)程可以使用UV固化粘合劑或灌封膠直接在空間中打印三維結(jié)構(gòu)。”

軌道3D打印的好處

通常，航天器是在地球上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，測(cè)試和組裝的，然后通過(guò)運(yùn)載火箭發(fā)射到太空并到達(dá)其任務(wù)地點(diǎn)。即使是人造衛(wèi)星零件，例如3D打印波導(dǎo)或具有清晰太空應(yīng)用的增材制造的熱交換器，也可以在這里建造，然后由商業(yè)運(yùn)輸公司將它們送入軌道。

雖然在Terra Firma上構(gòu)建設(shè)備可能比在LEO上方便，但它需要完善每個(gè)組件，以便它們能夠抵抗初始啟動(dòng)的壓力。但是，這些體積較大的零件在其發(fā)射航天飛機(jī)上占據(jù)了寶貴的空間，從而減少了可攜帶的燃料量并增加了任務(wù)成本。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，慕尼黑大學(xué)的學(xué)生們開(kāi)發(fā)了一種新穎的3D打印機(jī)，該打印機(jī)可以在軌道上生產(chǎn)航空航天部件，而無(wú)需完全運(yùn)輸它們。零重力制造還具有其他潛在的好處，因?yàn)樵霾闹圃斓牧慵恍枰獫M(mǎn)足發(fā)射耐久性的要求，這意味著可以對(duì)其進(jìn)行定制以更好地滿(mǎn)足其任務(wù)的需求。

AIMIS團(tuán)隊(duì)（如圖）旨在在未來(lái)的太空任務(wù)中部署其新的3D打印機(jī)。通過(guò)AIMIS- FYT拍攝。

以零重力條件下制造天線

與許多傳統(tǒng)的3D打印機(jī)一樣，該團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)配備了光敏聚合物擠出機(jī)，但是該新系統(tǒng)沒(méi)有采用逐層方法創(chuàng)建零件，而是僅使用其打印頭的移動(dòng)來(lái)構(gòu)建零件。通過(guò)直接擠壓到太空中，該機(jī)器能夠生產(chǎn)復(fù)雜的物體，而無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，甚至不需要固定的錨固點(diǎn)（例如壓板）。

為了展示其打印機(jī)的功能，工程師在零重力條件下3D打印了各種形狀不同的桿。在測(cè)試過(guò)程中，該團(tuán)隊(duì)部署了專(zhuān)門(mén)的IDS高分辨率相機(jī)，盡管在模擬LEO的照明條件很困難的情況下，它們?nèi)钥梢悦芮斜O(jiān)視噴嘴的進(jìn)度?！坝捎趻佄锞€飛行只有20秒的零重力，因此我們只保存最重要的信息，”Sch?fer解釋說(shuō)。 “借助IDS，我們能夠?qū)z像頭無(wú)縫集成到我們的監(jiān)控系統(tǒng)中。實(shí)時(shí)供稿使我們更容易設(shè)置和快速分析打印頭?！?/span>

經(jīng)過(guò)成功的測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的系統(tǒng)既可以用作制造優(yōu)化的天線鏡的方法，也可以用作太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)。工程師尤其針對(duì)衛(wèi)星制造商和分銷(xiāo)商，他們通過(guò)LEO中的3D打印部件來(lái)降低發(fā)射和生產(chǎn)成本。

點(diǎn)評(píng)：展望未來(lái)，這些學(xué)生現(xiàn)在打算通過(guò)歐洲航天局（ESA）失重測(cè)試?yán)^續(xù)優(yōu)化其機(jī)器，以期將其部署到太空中并展示其在未來(lái)任務(wù)中最終使用的潛力。

近年來(lái)，LEO中3D打印的潛在效率優(yōu)勢(shì)使NASA將該技術(shù)部署到各種不同的航天應(yīng)用中。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的馬歇爾太空飛行中心（MSFC）已與KULR技術(shù)集團(tuán)簽約，以3D打印備用電池組，以備將來(lái)執(zhí)行太空任務(wù)時(shí)使用。該公司正在使用其被動(dòng)抗傳播（PPR）和內(nèi)部短路（ISC）流程來(lái)構(gòu)建滿(mǎn)足NASA最高熱安全標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。

同樣，NASA在國(guó)際空間站（ISS）上安裝了美國(guó)航天公司Tethers Unlimited Inc（TUI）的Refabricator 3D打印機(jī)和回收系統(tǒng)。該機(jī)器旨在使宇航員在勘探任務(wù)中按需制造可持續(xù)的備件。

“太空制造”還與國(guó)際空間站上的NASA合作，并宣布了計(jì)劃在2020年9月將其陶瓷制造模塊（CMM）發(fā)射到軌道基地。SLA3D打印機(jī)將成為在LEO上運(yùn)行的同類(lèi)產(chǎn)品中的第一款，并將用于開(kāi)發(fā)該技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。

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