الإمكانات الجديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد: الهجرة بين النجوم وتطور الفضاء

باستخدام تقنية الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد ، أصبحت تقنية التصنيع المضافة لأجسام البناء من خلال تراكم المواد طبقة تلو الأخرى في طليعة صناعة المعدات الفضائية. يعتقد العلماء أن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تسرع بشكل كبير من تطور الفضاء خارج كوكب الأرض. كيفية تحسين" ؛ تصنيع الفضاء" ؛ من الطابعات ثلاثية الأبعاد وتحسين سلامة المكونات المطبوعة؟ كيف تستخدم التقنيات الجديدة لإنشاء أنظمة ضوئية فائقة الخفة للأقمار الصناعية النانوية؟ قدم باحثون من الجامعات الروسية (أعضاء في مشروع" ؛ 5-100" ؛) آخر تطوراتهم.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للطريقة الجديدة في أن الطابعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تحل محل عدد كبير من المعدات في مصنع تقليدي. في نوفمبر 2020 ، أدرجت مجلة Forbes تقنية التصنيع المضافة (من اللاتينية additivus-add) في قائمة خمس تقنيات ثورية جديدة تستحق اهتمام رواد الأعمال. أشار مؤلف المقال إلى أن تكنولوجيا التصنيع المضافة ستحقق فوائد ضخمة لصناعة الطيران. في هذا المجال ، عادة ما يكون وزن المنتج هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على تكاليف النقل.

يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد للفضاء أن تسرع بشكل كبير من تطور الفضاء خارج كوكب الأرض ؛ تعمل تكنولوجيا التصنيع المضافة أيضًا على اختراق صناعة تصنيع الصواريخ.

في 30 مايو 2020 ، تم تصميم خوذات رواد الفضاء روبرت بيكون ودوغ هيرلي الذين شاركوا في إطلاق مركبة الفضاء كرو دراجون وصاروخ فالكون 9 باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

قال Elon Musk ، رئيس شركة SpaceX Aerospace Corporation ، إنه باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن تصنيع أجزاء محرك متينة عالية الأداء ، والوقت والمال الذي يتم إنفاقه لا يمثلان سوى جزء صغير من استخدام طرق التصنيع التقليدية. في عام 2014 ، قامت سبيس إكس بالفعل بتصنيع أول مكون مطبوع ثلاثي الأبعاد.

GG quot؛ Blue Origin"؛ تستخدم شركة الطيران جيف بيزوس تقنية التصنيع المضافة لطباعة مكونات محرك BE-4. تخطط شركات الصواريخ الشابة من الولايات المتحدة (Relativistic Space) والمملكة المتحدة (Obex) أيضًا للاستفادة الكاملة من إمكانيات الطابعات ثلاثية الأبعاد.

تحسين سلامة المكونات ثلاثية الأبعاد

في الوقت نفسه ، تعتبر حتى أصغر العيوب في المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد أمرًا حيويًا لسلامة المعدات التي تم إنشاؤها. تمكن العلماء في National Research University of Technology MISIS (NUST MISIS) من تحسين تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للألمنيوم وزيادة صلابة المنتج بمقدار 1.5 مرة.

يعتقد باحثو NUST MISIS أن الخطر الرئيسي لمثل هذه العيوب هو المسامية العالية للمادة ، أحد الأسباب هو خصائص مسحوق الألمنيوم الأصلي. من أجل ضمان أن تكون البنية المجهرية للمنتج المطبوع موحدة وكثيفة ، اقترح العلماء طريقة لإضافة ألياف الكربون النانوية إلى مسحوق الألومنيوم لضمان انخفاض مسامية المادة وزيادة صلابتها بمقدار 1.5 مرة. تم نشر نتائج البحث في"؛ Composites Communications"؛ مجلة.

قال البروفيسور ألكسندر جروموف من NUST MISIS: تتمتع ألياف الكربون النانوية&مثل الموصلية الحرارية العالية ، مما يساعد على تقليل تدرج درجة الحرارة بين طبقات الطباعة أثناء مرحلة الذوبان الانتقائي بالليزر أثناء عملية تصنيع المنتج. لذلك ، يمكن القضاء على عدم تجانس البنية المجهرية بالكامل تقريبًا.&مثل ؛

ألياف الكربون النانوية المستخدمة هي منتج ثانوي لمعالجة الغاز المصاحب لحقول النفط. أثناء عملية التحلل التحفيزي ، يتراكم الكربون على شكل ألياف نانوية على الجسيمات المعدنية المشتتة بواسطة المحفز. وأشار العلماء أيضًا إلى أن الغاز المصاحب عادة ما يكون&مثل ؛ تنفيس وحرق&مثل ؛ في حقول النفط والغاز ، مما يتسبب في إلحاق الضرر بالبيئة ، لذلك فإن استخدام هذه الطريقة الجديدة له أهمية مهمة في حماية البيئة.

تحسين"؛ Space Manufacturing"؛

إيلون ماسك وخبراء آخرون مقتنعون بأن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تساعد في تطوير الفضاء في المستقبل ، مثل استعمار المريخ.

للبقاء على كوكب المريخ ، يجب أن تكون قادرًا على بدء الإنتاج هناك ، واستخدام المواد المحلية بشكل أفضل. يمكن استخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد لبناء قاعدة وبناء بيئة معيشية هناك.

حتى الآن ، في عمل محطة الفضاء الدولية (ISS) ، لا تزال مشكلة الحصول على المواد خطيرة ، ويتعين على رواد الفضاء في مركبة الشحن الفضائية التالية الانتظار عدة أشهر. في بعض الأحيان تتلف الأجزاء الصغيرة المهمة أو تُفقد ، على سبيل المثال ، غالبًا ما يُفقد القابس البلاستيكي للتلامس الكهربائي. في هذه الحالة ، يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد حل هذه المشكلة عن طريق طباعة المنتجات البلاستيكية في الفضاء. في المستقبل ، أثناء الرحلات بين النجوم ، ستصبح مشكلات التوافر أكثر حدة ، وسيزداد الطلب على هذه الطابعات حتمًا.

في عام 2016 ، كلفت ناسا Made in Space بتثبيت طابعة ثلاثية الأبعاد دائمة على محطة الفضاء الدولية لإنتاج الأدوات والمعدات وأي شيء آخر قد يحتاجه رواد الفضاء. بعد ذلك ، أعلنت بعض الشركات الأوروبية والصينية وغيرها عن تصنيع آلات مماثلة.

قال الباحث الذي طور الطابعة ثلاثية الأبعاد ، وهو عالم في جامعة تومسك للتكنولوجيا (TPU) ، إن الطابعة ثلاثية الأبعاد المنتجة في روسيا ستدخل الفضاء في عام 2021. وتتمثل ميزتها في نظام معياري أكثر تقدمًا يمكنه تحقيق ترقيات المعدات وصيانتها. لذلك ، عندما تتحول مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد من المواد البلاستيكية البسيطة إلى التركيبات الفوقية أو المواد المركبة ، فلن يضطر المهندسون إلى بناء طابعات جديدة مثل زملائهم الأمريكيين اليوم ثم تسليمها إلى محطة الفضاء الدولية.

قال فاسيلي فيدوروف ، رئيس مختبر علوم وإنتاج تكنولوجيا الإنتاج الحديث لـ TPU GG:" ؛ الآن ، تخطيط عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد في مرحلته النهائية. تتمتع المعدات المرسلة إلى محطة الفضاء الدولية بمقاومة صارمة للآلات والطقس والأحمال الأخرى. المتطلبات. بالإضافة إلى ذلك ، للتأكد من أن الطابعة ثلاثية الأبعاد آمنة تمامًا لرواد الفضاء. الآن ، كل هذا قيد الفحص ، وتم إجراء سلسلة من الاختبارات والتفتيش. في الوقت نفسه ، تم تحسين البرنامج الذي تم إعداده خصيصًا للطابعة.&مثل ؛

إنشاء أنظمة بصرية فائقة الخفة للأقمار الصناعية النانوية

تتيح إمكانية الطباعة ثلاثية الأبعاد للعلماء في جامعة سامارا إنشاء نظام بصري فريد من نوعه فائق الخفة للسواتل النانوية ذات البصريات الانعكاسية. يقول الباحثون أن هذه ستكون أول عدسة&في العالم ببصريات انحراف لدخول الفضاء.

جوهر النظام البصري هو عدسة الانعراج المستوي المطورة في الجامعة ، والتي تتميز بخصائص فريدة العدسة المبنية على هذه العدسة تحل محل نظام العدسة الحديث بعيد المدى ، وخصائصها خفيفة الوزن (مع مكونات بصرية تزن أقل من 100 جرام) وصغر الحجم

تتميز العدسة بهيكل مبتكر ذو شكل الكتروني ومصمم بأفضل التقنيات لتقليل الوزن مع الحفاظ على خصائص القوة الشكل الخارجي المعقد والهيكل الداخلي لمكونات المركبة الفضائية مطبوعان بطباعة ثلاثية الأبعاد على معدات الاندماج الانتقائي بالليزر SLM280HL.

وفقًا للعلماء ، من أجل تقليل وزن المكونات قدر الإمكان ، تم إجراء تحسين الطوبولوجيا في هيكلها الداخلي ، ونتيجة لذلك تمت إضافة كتل قرص العسل الخاصة. حجم الجزء 70 × 80 × 100 مم. نظرًا لاستخدام تقنية التصنيع المضافة ، فإن وزنه أخف بحوالي 40٪ من الأجزاء المماثلة المصنعة بالطرق التقليدية.

قال فيتالي سمايلوف ، الأستاذ المشارك في مكتب التدريس والبحث لتكنولوجيا إنتاج المحرك في جامعة سامارا:" ؛ غلاف العدسة مصنوع من مسحوق سبائك الألومنيوم AlSi10Mg. تتمتع السبيكة المنتجة في روسيا بسمعة طيبة في كل من روسيا والخارج. في مجال الطيران والطيران ، الوزن هو السمة الرئيسية ، وقد حاولت الصناعة تقليل هذا المؤشر.&مثل ؛

أجرى العلماء تحسين طوبولوجيا متعدد المراحل للبنية الأصلية ، وحصلوا على عدة أشكال وحللوها.

قال أنطون أغابوفيتش ، الباحث في جامعة سامارا:" ؛ لقد تعاونا مع خبراء في مجال تحسين طوبولوجيا CADFEM CIS وتكنولوجيا التصنيع المضافة وقمنا بالكثير من العمل للحصول على نوع جديد من الهيكل لتلبية احتياجات صناعة الطيران العالمية المتطلبات الحديثة.&مثل ؛

وفقًا للعلماء ، فإن المنتجات المماثلة ، مثل عدسة CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager) ، تكلف 23000 يورو ، وسعر النظام البصري الذي يطورونه سيكون أقل بكثير.

GG مثل ؛ 5-100 جيجا ؛ تنفيذ الخطة في إطار عمل&"التعليم"؛ يهدف المشروع إلى مساعدة الجامعات الروسية على زيادة إمكانات البحث العلمي لديها وتحسين مركزها التنافسي في سوق خدمات التعليم العالمي.