Cơ quan Vũ trụ Châu Âu phát triển máy in 3D FFF nhiệt độ cao cho Trạm vũ trụ quốc tế

Vào ngày 23 tháng 3, một tập đoàn thuộc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã thiết kế và sản xuất một máy in 3D FFF đời đầu cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Hệ thống nguyên mẫu được phát triển như một phần của dự án IMPERIAL, sử dụng các thành phần băng tải để (về mặt lý thuyết) các bộ phận in 3D với chiều dài không giới hạn. Tại hội thảo Sản xuất tiên tiến của ESA vào đầu tháng 3, chức năng của máy in 3D không tên đã được trình diễn. Sản phẩm có thể tương thích với tất cả các dây tóc kỹ thuật nhiệt độ cao. Những người tham gia chứng kiến ​​quy trình sản xuất các thanh thép dài 1,5m tại chỗ.

Tập đoàn của dự án bao gồm các công ty hàng không vũ trụ Đức OHB và Azimut Space, Viện Công nghệ Aslon ở Cộng hòa Ireland và nhà cung cấp máy in 3D Bồ Đào Nha BEEVERYCREATIVE. "Thông qua hoạt động này, chúng tôi đã khắc phục một trong những hạn chế chính của in 3D - khối lượng - và sử dụng một máy in 3D nhỏ gọn có khả năng xử lý nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao." Ugo Lafont, một chuyên gia vật liệu tại ESA, giải thích. "Đây là một thành tựu tuyệt vời, và nó sẽ mở rộng lĩnh vực ứng dụng của quy trình sản xuất theo yêu cầu này."

Trạm vũ trụ quốc tế

Trạm vũ trụ quốc tế. Hình ảnh là của NASA.

Dự án IMPERIAL là gì?

Sau khi dự án MELT ban đầu của ESA thành công, dự án đã thử nghiệm tính khả thi của in 3D FFF công nghiệp trong điều kiện vi trọng lực, và sau đó khởi động dự án IMPERIAL. Dự án IMPERIAL có kế hoạch thực hiện các hành động sâu hơn và phát triển một hệ thống sản xuất không gian hoàn chỉnh có thể khắc phục các giới hạn về kích thước của máy in 3D hiện nay. Do đó, hệ thống này cuối cùng sẽ được sử dụng để sản xuất và bảo trì theo yêu cầu trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, do đó cung cấp không gian tự túc cho các chuyến bay vũ trụ dài hạn trong tương lai.

Adventit Makaya, một kỹ sư chế tạo cấp cao tại ESA, chỉ ra: "Việc phát triển một giải pháp sản xuất ngoài Trái đất cho các bộ phận lớn trong môi trường khám phá của con người (ví dụ như ở đây, và sau đó là các bộ phận cấu trúc của tàu vũ trụ) là rất quan trọng để tăng cường tính bền vững và độ tin cậy. Đây là một khả năng mạnh mẽ cho các nhiệm vụ bay vào vũ trụ trong tương lai. "

Trước dự án IMPERIAL, tập đoàn ESA đã phát triển một hệ thống in 3D với chức năng vi trọng lực trong khuôn khổ dự án MELT. Hình ảnh là của BEEVERYCREATIVE.

In 3D FFF công nghiệp không gian

Bản thân máy in phải tuân thủ nhiều yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Điều này bao gồm việc có thể in các polyme kỹ thuật hiệu suất cao như PEEK, có thể in trong điều kiện vi trọng lực, trong khi vẫn duy trì chất lượng của các bộ phận tương tự như trái đất và có thể in các bộ phận lớn vô hạn theo một hướng. Việc tiêu thụ điện năng của hệ thống cũng bị hạn chế nghiêm ngặt, và do thiếu các phương tiện xử lý sau trong không gian, nên nó phải sẵn sàng sử dụng các bộ phận in chức năng trực tiếp từ phòng thi công. Để đảm bảo tích hợp thành công vào ISS, nhóm nghiên cứu cũng buộc phải xem xét sự sẵn có của nguyên liệu thô khi thiết kế máy in 3D. Bất kỳ phế liệu nào còn lại sau quá trình sản xuất các bộ phận sẽ được giảm thiểu ít nhất và có thể được tái sử dụng hoàn toàn khi có thể.

Antonella Sgambati, giám đốc dự án OHB, nói thêm: "Sự thật đã chứng minh rằng FFF sử dụng polyme hiệu suất cao không bị ảnh hưởng bởi môi trường giảm trọng lực, mở đường cho những thách thức mới, chẳng hạn như in độ dài không giới hạn theo một hướng hoặc sử dụng sản xuất hàng loạt. Trong khuôn khổ của dự án này, những lỗ hổng công nghệ mới đã được xác định và khắc phục trong quá trình phát triển và thử nghiệm nguyên mẫu của BEEVERYCREATIVE, do đó đạt được thành tựu độc đáo này, làm cho các quy trình sản xuất bên ngoài trái đất tiến thêm một bước nữa. "

Máy in 3D Project IMPERIAL mới được sử dụng để sản xuất các thanh thép dài 1,5m

Máy in 3D Project IMPERIAL mới được sử dụng để sản xuất các thanh thép dài 1,5m. Chụp ảnh bởi ESA.

Với viễn cảnh các chuyến bay vũ trụ liên hành tinh ngày càng trở thành hiện thực, việc chế tạo phụ gia không gian đã trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Đầu năm nay, COSM Advanced Manufacturing Systems, một công ty kỹ thuật, đã bắt đầu phát triển và chế tạo các máy in 3D EBM kim loại cho NASA. Hệ thống được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của NASA về sản xuất tự động và bảo trì linh kiện trong không gian. Bắt đầu từ chương trình Artemis, hệ thống sẽ được sử dụng cho toàn bộ nhiệm vụ không gian, mặt trăng và sao Hỏa.

Trong một diễn biến khác, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Brunswick và Trung tâm Laser Hanover (LZH) gần đây đã lần đầu tiên in các khối đá nặng mặt trăng ở chế độ không trọng lực ở chế độ 3D. Trong dự án thử nghiệm "MOONRISE", nhóm nghiên cứu đã lắp đặt một tia laser tùy chỉnh trên tàu lặn mặt trăng "MIRA3D" và làm tan chảy bụi mặt trăng thành một hình cầu, mở đường cho việc chế tạo các công trình kinh tế trên mặt trăng.