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里程碑!太空制造3D打印大型梁结构件并通过测试

时间:2019-11-10 01:09

  3D 打印的未来不仅仅在于用于地球上的制造业,还在于用于航天领域的空间制造。Made In Space 公司正致力于将这一切变为现实。 Made In Space 新的太空制造计划是一台形似蜘蛛的太空制造设备 Archinaut ,该设备集成了 3D 打印机和机械臂。

  最近 Archinaut 取得了重大突破,他们 3D 打印了复杂硬件和超空间结构,并在模拟环境下的外空间环境中成功通过测试。具体来说, NASA 的 Archinaut TDM 项目是由 Made In Space 牵头,以期在 2020 年最终将这项技术投入轨道空间建设中。而当前 Archinaut 首次完成在微重力环境中完成制造任务的测试代表了重大里程碑。

  Archinaut 本质上是一个具有机器人手臂的 3D 打印机,可以自动地组装和打印结构件。通过测试的是用于组装空间站或探测车的大型梁结构件和其他部件。空间制造具有巨大的潜在优势,不仅适用于太空探索和定居,这项技术的成功将意味着太空中的建设任务可能变得越来越自主,独立于人类的参与,并且由于在发射时占用更少的初始资源,更具成本效益。达到目标目的地后,机器人 3D 打印机可以在现场打印并组装所需的所有零件,进行各种不同的任务和实验。甚至可以扩展到生产更多的机器人 3D 打印机,而这种完全自我复制的技术将使外层空间建设发展呈指数级增长,也许将实现在月球或火星上自发建造定居点。

  Made In Space 还将开始使用名为 ZBLAN 的稀有玻璃材料进行光纤的空间生产。这种材料将使纤维能够传导比常规硅纤维高达 100 倍的信号。有趣的是在空间中制造ZBLAN 材料比在地球上容易得多,因为在地球的重力环境下会导致不希望出现的晶体形成。

  继 Adidas、Nike 后,美国著名体育品牌 Brooks 也杀入了 3D 打印个性化鞋类市场。据悉,该公司正在与惠普和 3D 打印鞋垫公司 Superfeet 合作,利用自己的“跑姿测试”( RunSignature )技术和惠普的 FitStation 解决方案开发一款号称“迄今为止最个性化”的跑步鞋。而它已经在今年的德州奥斯丁跑步赛上亮相,相信很快就会上市。

  新鞋的实际开发过程如下:首先通过 FitStation 对用户进行足部分析,然后使用Superfeet 公司的 DESMA 聚氨酯注塑机生产鞋的通用部分,再通过可变PU注射、足压测量、跑步者关节的运动分析,以及个人喜好创造出定制的中底要求和多个调节区域。整个生产都将在 Superfeet 的华盛顿 Ferndale 总部进行。

  FitStation 是惠普在 2017 年 9 月 8 日正式推出的个性化鞋类制造解决方案,主要通过 3D 扫描、足部动态分析和 3D 打印(惠普自己的多射流熔融 MJF3D 打印机)轻松制造出个性化的鞋子。

  实际工作时, FitStation 方案会首先对用户进行精确的足部 3D 扫描,然后测量他们走路时足部对地面施加的压力并进行生物力学分析,收集有关步态的具体信息,接着根据这些生成能够以各种方式使用的个性化轮廓文件,最后将其发送给惠普的多射流熔融( MJF ) 3D 打印机,由它完成制造。

  值得一提的是,为尽可能提高舒适度和契合度,鞋垫在打印完成后会被放到预制的鞋子中。同时,相关数据也可以为 SteitzSecura 所用,为客户设计全新的鞋子。根据具体需求的不同,这些鞋子可以拥有密度不同的特殊注塑中底。另外除了客户,零售商也能从 FitStation 中获益,因为它能够大大降低材料成本、缩短生产时间,并且轻松实现按需制造。

  前不久,由华曙高科与北京理工大学宇航学院喷气推进实验室合作研发的 3D 打印栅极离子推进器( Ion Thruster )源点火测试成功!此次测试推力源器宏观参数稳定,束流分布均匀,验证了 3D 打印离子推力器核心部件的可行性。

  离子推进系统在空间飞行时,一般都采用连续推进方式,一次工作几百上千小时。为了缩短到探测目标的飞行时间和节省推进剂,大多采用离子推进系统推进与其它行星引力辅助作用相结合的轨道转移方式。大功率电推进可应用于通信卫星、深空探测任务、在轨服务飞行器等,小功率电推进可用于商业小卫星变轨、卫星星座编队飞行等,具有重要的社会经济效益。

  离子推力器的主要突出优点为:高效率、高比冲、长寿命。每个离子推进器一般有两到三层栅极,其主要作用是加速带电粒子,使推进器获得动能,但传统离子推进器的栅极通过光催化腐蚀法加工,存在工艺流程复杂,加工周期长、材料利用率低、环境污染大等问题。

  北京理工大学宇航学院喷气推进实验室与华曙高科合作,金属 3D 打印设备 FS271M ,经过工艺摸索和多次试制,成功打印了工业级高精度钛合金离子推进器筛网,将加工时间从传统腐蚀法的 20 小时缩短至 2 小时。

  通过测试 3D 打印 Ti64 筛网局部微观结构可发现,无论是筛网边缘还是网孔连接处,组织致密、均匀,打印精度符合设计精度要求,这为离子推进器发动机源的成功点火和稳定工作提供了保证。

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