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塑料制造成功进入外太空

[点击:197]发布人:SUNKEY<佚名/p>

2015-01-19

3D打印不仅在地球上努力进入主流应用,还脱离了地球进入外太空。

宇航员们正在国际空间站掀起一股3D打印风暴。如果美国航空航天局NASA的添加制造项目按计划进行,用不了多久,就能完成比在太空中制造扳手和备件更复杂更精彩的生产。

 塑料制造进入外太空

在太空中3D打印的第一个物件是3D打印机本身的一个备件。这是一个挤出机外壳,印上了打印机生产商的名称“Made In Space”以及NASA标识。随后很快又为挤出机外壳打印了一块侧板。

NASA的3D打印项目经理Niki Werkheiser说,第一次打印时,"制品需要有意义,能够从中获得测试数据。"

"这类事情或许对普通人来说显得枯燥无味。但却是我们首次在太空中加热并挤出塑料。哪怕彻底失败了,打印出乱七八糟的一团东西(我们知道不会),如果我们没有飘在空间站里尝试过,是不会明白这一点的。空间站是唯一可以提供微重力的实验室平台。"

自从11月24日首次成功打印以来,宇航员们开始尝试更大、更好、也更容易辨识的物件,包括一个棘轮扳手。棘轮扳手的图纸在一周时间内被设计出来,经过批准后送入太空,花了约四小时就打印出来,耗材是ABS 7006长丝。这是对NASA的按需3D打印能力的真正考验。

3D打印项目是NASA与总部位于加州的Made In Space公司签订的价值140万美元的小企业创新研发计划合约,第一阶段是测试宇航员在微重力环境下生产自用零件和工具的可行性。

把添加制造技术带入太空最终将能最大程度减少从地球携带零部件和工具进入太空,节省高昂的太空运载成本(每公斤10000美元),并提高空间站的自给自足能力。这阶段打印的试件、零件和工具最终将被带回地球,与地面上用同一台打印机打印的同一种物件做比较。

Werkheiser说:"我们将把所有样件带回地球,与地面对照品进行比较。我们还将通过视频做初步分析。我们发现表面积较大的零部件,不太容易取出。我们需要研究这是否真的是由微重力所致。虽然地面上也有这样的情况,但在运行轨道上发生频率更高一些。"

他指出,尽管打印机生产出来是一模一样的,但经过发射和微重力后可能有所变化。"附着力无疑是我们的问题之一。"

除了比较打印过程,太空中打印的零部件还要接受抗拉强度、扭矩和灵活性测试。测试结果将提供给Made In Space公司,帮助完善其下一代微重力3D打印机,预计将在今年初交付。

该项目接下来还有其他很多事要做。"添加制造设备"(缩写为AMF)现已投入开发,提供给空间站的下一代3D打印机将是Made In Space公司根据众多用户的体验所总结的经验而生产的商用打印机。

Werkheiser在描述太空国家实验室的情形时说:"这将成为他们自己的打印机,而NASA将成为他们的客户之一。其他实体、高校、行业、地面上的任何人,都将能获得在空间站里3D打印的体验。"

Made In Space公司把这比喻为"太空中永久的生产车间”。

他说:"当然它将为宇航员所用,用于实验用途。但Made in Space公司还将推出商用版。任何想在空间站上做实验的人都能加入这一队列。"

Werkheiser说,新系统要比原来微波炉大小的3D打印机更大一些,还将具备多材料能力,最有可能从PEEK和Ultem开始着手,归功于其高强度、高安全性评级和卓越的热属性。

她说:"Ultem已被用于生产各种舱外活动或太空漫步工具。虽然在太空中打印的质量还存在未知性,但到目前为止一切顺利。"

其他项目

把更强大的打印机送到从未有打印机留下足迹的地方,这并不是Made In Space公司与NASA合作的所有内容。

在 2014年初,美国政府就签订了两份合约,每份价值125000美元,签约方分别为Made In Space公司和华盛顿州的Tethers Unlimited Inc.公司,其目标是开发一台再生机器,回收3D打印塑料件或其他塑料,并将其再生成为可用的原料。Werkheiser说,该计划力争在2016年把一台再生技术演示用机送上太空。

她说:"两家公司已经把再生机器生产出来,并在地面上把不同的材料再生为长丝。"

该计划的目标在于提高可持续发展能力:把包装材料,如泡沫、薄膜袋和气泡纸变为可再用的原料或利用3D打印的原料,最大程度减少再供给的需求。

Lowery和Made In Space公司对其ABS再生系统R3-DO的细节守口如瓶,但其热情态度溢于言表。

他说:"这无疑是实现优化和提高资源利用的一项重要举措。如果3D打印机成为太空中的标准,再结合材料再生,有望在太空中实现可持续发展,并在很大程度上扩大探索。"

Tethers Unlimited公司已宣布了其太空再生计划Positrusion,还对地面应用做出了设想。

该公司在去年的项目建议书中写道:"这项拟议将开发一种长丝挤出机,采用名为Positrusion的全新挤出工艺,在地面完成设计,可直接利用任意形状的 ABS塑料废片优化生产小批量的正控制圆长丝,同时达到空间站的操作要求。该机先烘干进料并脱气,然后通过模头融化和挤出,冷却挤出型材的横断面尺寸和送料速度将通过连续模拟闭模成型加以严格控制。"

"Positrusion工艺不适用于高产量的工业用途,但日益壮大的家用和办公用3D打印机用户中有很大一部分会产生兴趣,可帮助他们有效实施自立的3D打印机材料再生。"

地球上存在的塑料问题,比如闭环生产,有可能在太空中找到解决办法。

而NASA/Made In Space合作项目在接下来面临的太空3D打印的最大问题,将与地面上设计人员所遇到的问题截然相反。

在国际空间站中没有上下移动,四面墙都可以使用。

Werkheiser说:"如果你使用四个打印托盘在所有四个方向打印会发生什么?微重力环境是否能消除在重力下打印所产生的锁边和凹陷?" "想到我们在微重力环境下能够设计出重力下无法想象的新事物真是很有趣。"

她说,但这需要设计师们转换思路,要找出必须添加什么,剔除不需要的设计元素。

她说:"除技术本身外,我们对建立新的设计师和开发者群体也很感兴趣。"

NASA将把其专为太空设计的物品的CAD文件公开提供,让地球上的每个人都能自行将它们3D打印出来。

Werkheiser说:"我不认为我们将会颠覆3D打印的整个概念,但在使之更适用于高优化、可复现的技术进步方面,毫无疑问我认为我们正在做出重要贡献。"

Lowery说,Made In Space正在认真考虑太空即用型塑料设计的未来发展,向当前和未来的塑料行业以及更广阔的领域发起了挑战。

他说:"我们将交付一种前所未有的平台,把CAD软件推向从未企及的高度,并把这种能力提供给普通大众。"

"我们已经在太空中建立了生产车间,我希望大家与我们一起推动行业发展。我们已经拿到了钥匙,让我们用钥匙开启未来。找出一切新的可能性。"

 

 

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