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搭乘SpaceX走向太空,在空間站探索零重力3D打印 

2022-12-02 11:17
2022年11月26日,美國SpaceX載人龍飛船發(fā)射成功,為國際空間站 (ISS) 的機(jī)組人員運(yùn)送新的科學(xué)調(diào)查、物資和設(shè)備。據(jù)資源庫了解,搭載SpaceX第26次商業(yè)補(bǔ)給任務(wù) (CRS) 包括麻省理工學(xué)院的3D打印實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目,將在美國太空國際空間站國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行零重力3D打印的實(shí)驗(yàn)。
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SpaceX的獵鷹9號(hào)火箭搭載Dragon飛船,從NASA肯尼迪航天中心飛向天空,圖片來自:美國宇航局

據(jù)報(bào)道,研究人員將展示在微重力環(huán)境中將液態(tài)樹脂擠壓成定制形狀,以創(chuàng)建地球上無法制造的幾何形狀。有效載荷架構(gòu)由三個(gè)氣泵組成,這些氣泵將光固化樹脂注入預(yù)制的柔性形式,同時(shí)通過攝像機(jī)捕捉整個(gè)過程。
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麻省理工學(xué)院太空探索計(jì)劃中“擠壓有效載荷”項(xiàng)目裝置,圖片來自:麻省理工學(xué)院

首席研究員兼麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室太空探索計(jì)劃主任Ariel Ekblaw說:“該實(shí)驗(yàn)利用微重力環(huán)境來擠壓常見和復(fù)雜的分支形狀。我們的方法減少了生產(chǎn)日常任務(wù)所需關(guān)鍵部件的時(shí)間,它可能支持未來空間建設(shè)像桁架和天線這樣的大型結(jié)構(gòu)。擠壓調(diào)查建立在我們的增材制造和太空自組裝工作流之上?!?br />
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硅膠外殼包含并塑造液體的擠壓實(shí)驗(yàn),圖片來自:麻省理工學(xué)院

Ekblaw繼續(xù)解釋說,在微重力環(huán)境中,通常會(huì)下垂的擠壓可以不受阻礙地進(jìn)行,從而可以創(chuàng)建在重力環(huán)境中無法生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。在地球上,重力會(huì)使大型物體變形,例如大型建筑中使用的橫梁。傳統(tǒng)的增材制造工藝,尤其是那些使用液態(tài)樹脂作為原料的工藝,會(huì)受到重力的限制。相反,空間的失重使得能夠在沒有這種變形的情況下制造更長(zhǎng)更薄的結(jié)構(gòu)。

如果成功,該項(xiàng)目可以幫助為更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)(包括空間站、太陽能陣列、望遠(yuǎn)鏡和工業(yè)設(shè)備)的增材制造奠定基礎(chǔ),以支持未來的太空探索。
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麻省理工學(xué)院在軌期間所開展擠壓實(shí)驗(yàn)中獲得的打印樣品,圖片來自:麻省理工學(xué)院

此外,考慮到整體發(fā)射大型結(jié)構(gòu)是不可行的,因?yàn)樗鼈儽仨毮軌虺惺艿厍蛏虾桶l(fā)射過程中比在太空中承受的力大得多的力,這些部件可以使用擠壓技術(shù)在軌道上制造,然后運(yùn)回地球。

在此前的研究中,該團(tuán)隊(duì)成功地測(cè)試了液體快速擠壓和紫外線固化的新方法在微重力下的樹脂形狀。
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研究人員在零重力飛行實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)(ZERO-G)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖片來自:Steve Boxall/ZERO-G

擠出硬件的早期版本使用兩種原料,一種小規(guī)格柔性線材和一種光固化樹脂。它通過噴嘴組件將它們擠出,同時(shí)將電線彎曲成3D形狀,并在其上涂上一層均勻的樹脂。根據(jù)最初的項(xiàng)目摘錄,在噴嘴之后,放置了一系列UV LED發(fā)射器來固化樹脂,使其硬化并將其粘合到電線上。一旦創(chuàng)建了整個(gè)形狀,切割機(jī)構(gòu)就在噴嘴出口后切割涂層線材,以允許創(chuàng)建另一種形狀。
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團(tuán)隊(duì)成員(從左到右)王喆瑋、Aiden Padilla、Sean Auffinger、Martin Nisser和Ariel Ekblaw,圖片來自:Steve Boxall/ZERO-G

通過這一舉措,麻省理工學(xué)院的研究人員正在創(chuàng)造和部署太空創(chuàng)新,設(shè)想一個(gè)大膽且文化豐富的“新太空時(shí)代”,從星狀細(xì)菌可穿戴設(shè)備和開放式立方體衛(wèi)星星座到用于太空航行的樂器、漂浮空間棲息地和先進(jìn)的零重力3D打印。
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