El nuevo potencial de la impresión 3D: migración interestelar y desarrollo del espacio

Utilizando tecnología informática 3D, la tecnología de fabricación aditiva de objetos de construcción mediante la acumulación capa por capa de materiales se está convirtiendo cada vez más en la vanguardia de la fabricación de equipos espaciales. Los científicos creen que la impresión 3D puede acelerar significativamente el desarrollo del espacio extraterrestre. Cómo optimizar el espacio de fabricación"" de las impresoras 3D y mejorar la seguridad de los componentes impresos? ¿Cómo utilizar las nuevas tecnologías para crear sistemas ópticos ultraligeros para nanosatélites? Investigadores de universidades rusas (miembros del proyecto" 5-100") presentaron sus últimos desarrollos.

Una de las principales ventajas del nuevo método es que una impresora 3D puede reemplazar una gran cantidad de equipos en una fábrica tradicional. En noviembre de 2020, la revista Forbes incluyó la tecnología de fabricación aditiva (del latín additivus-add) en la lista de cinco nuevas tecnologías revolucionarias dignas de la atención de los emprendedores. El autor del artículo señaló que la tecnología de fabricación aditiva traerá enormes beneficios a la industria aeroespacial. En este campo, el peso del producto suele ser el factor más importante que afecta los costos de transporte.

La impresión espacial en 3D puede acelerar significativamente el desarrollo del espacio extraterrestre; La tecnología de fabricación aditiva también está penetrando activamente en la industria de fabricación de cohetes.

El 30 de mayo de 2020, los cascos de los astronautas Robert Bacon y Doug Hurley que participaron en el lanzamiento de la nave espacial Crew Dragon y el cohete Falcon 9 se adaptaron utilizando tecnología de impresión 3D.

Elon Musk, director de SpaceX Aerospace Corporation, dijo que con la impresión 3D se pueden fabricar piezas de motor duraderas de alto rendimiento, y el tiempo y el dinero gastados son solo una pequeña parte del uso de métodos de fabricación tradicionales. En 2014, SpaceX ya había fabricado el primer componente impreso en 3D.

GG quot; Origen azul" La empresa aeroespacial Jeff Bezos utiliza tecnología de fabricación aditiva para imprimir los componentes del motor BE-4. Las empresas de cohetes jóvenes de Estados Unidos (Relativistic Space) y el Reino Unido (Obex) también planean aprovechar al máximo las posibilidades de las impresoras 3D.

Mejorar la seguridad de los componentes 3D

Al mismo tiempo, incluso los defectos más pequeños en los componentes impresos en 3D son vitales para la seguridad del equipo creado. Los científicos de la Universidad Nacional de Investigación de Tecnología MISIS (NUST MISIS) pudieron mejorar la tecnología de impresión 3D de aluminio y aumentar la dureza del producto en 1,5 veces.

Los investigadores de NUST MISIS creen que el principal riesgo de tales defectos es la alta porosidad del material, una de las razones son las características del polvo de aluminio original. Con el fin de garantizar que la microestructura del producto impreso sea uniforme y densa, los científicos han propuesto un método para agregar nanofibras de carbono al polvo de aluminio para garantizar una baja porosidad del material y aumentar su dureza en 1,5 veces. Los resultados de la investigación se publican en" Composites Communications" revista.

El profesor Alexander Gromov de NUST MISIS dijo:" Las nanofibras de carbono tienen una alta conductividad térmica, lo que ayuda a minimizar el gradiente de temperatura entre las capas de impresión durante la etapa de fusión selectiva por láser durante el proceso de síntesis del producto. Por lo tanto, el material La falta de homogeneidad de la microestructura se puede eliminar casi por completo."

Las nanofibras de carbono utilizadas son un subproducto del procesamiento de gas asociado a campos petrolíferos. Durante su proceso de descomposición catalítica, el carbono se acumula en forma de nanofibras sobre las partículas metálicas dispersadas por el catalizador. Los científicos también señalaron que el gas asociado suele ser&"GG ventilado y quemado" en campos de petróleo y gas, causando daños al medio ambiente, por lo que el uso de este nuevo método tiene una importancia importante para la protección ambiental.

Optimizar" Space Manufacturing"

Elon Musk y otros expertos están convencidos de que la impresión 3D puede ayudar al desarrollo espacial futuro, como colonizar Marte.

Para sobrevivir en Marte, debe poder comenzar la producción allí y utilizar mejor los materiales locales. La impresora 3D se puede utilizar para construir una base y un entorno de vida allí.

Incluso ahora, en el trabajo de la Estación Espacial Internacional (ISS), el problema de la obtención de materiales sigue siendo grave, y los astronautas de la próxima nave espacial de carga tienen que esperar varios meses. A veces, piezas pequeñas importantes se dañan o se pierden, por ejemplo, a menudo se pierde el enchufe de plástico del contacto eléctrico. En este caso, las impresoras 3D pueden solucionar este problema imprimiendo productos plásticos en el espacio. En el futuro, durante los vuelos interestelares, los problemas de disponibilidad se agudizarán y la demanda de este tipo de impresoras aumentará inevitablemente.

En 2016, la NASA encargó a Made in Space que instalara una impresora 3D permanente en la Estación Espacial Internacional para producir herramientas, equipos y cualquier otra cosa que los astronautas pudieran necesitar. Posteriormente, algunas empresas europeas, chinas y otras también anunciaron la fabricación de máquinas similares.

El investigador que desarrolló la impresora 3D, un científico de la Universidad Tecnológica de Tomsk (TPU), dijo que la impresora 3D producida en Rusia entrará al espacio en 2021. Su ventaja es un sistema modular más avanzado que puede realizar actualizaciones y mantenimiento de equipos. Por lo tanto, cuando los materiales de impresión 3D cambien de plásticos simples a superestructuras o materiales compuestos, los ingenieros no tendrán que construir nuevas impresoras como sus colegas estadounidenses en la actualidad y luego entregarlas a ISS.

Vasily Fedorov, jefe del laboratorio de ciencia y producción de tecnología de producción moderna de TPU GG, dijo:" Ahora, el diseño de trabajo de la impresora 3D está en la etapa final. El equipo enviado a la ISS tiene una resistencia estricta a la maquinaria, la intemperie y otras cargas. Requisito. Además, para garantizar que la impresora 3D sea absolutamente segura para los astronautas. Ahora, todo esto está bajo inspección y se han realizado una serie de pruebas e inspecciones. Al mismo tiempo, se ha mejorado el software configurado específicamente para la impresora."

Cree sistemas ópticos ultraligeros para nanosatélites

La posibilidad de la impresión 3D permite a los científicos de la Universidad de Samara crear un sistema óptico ultraligero único para nanosatélites con óptica difractiva. Los investigadores dicen que esta será la primera lente&del mundo con óptica difractiva para ingresar al espacio.

El núcleo del sistema óptico es la lente difractiva plana desarrollada en la universidad, que tiene características únicas. La lente basada en esta lente reemplaza el sistema de lentes de la lente moderna de largo alcance, y sus características son livianas (con componentes ópticos que pesan menos de 100 gramos) y tamaño pequeño.

La lente tiene una carcasa de forma biónica innovadora y está diseñada con la mejor tecnología para minimizar el peso mientras mantiene las características de resistencia. La compleja forma externa y la estructura interna de los componentes de la nave espacial están impresas en 3D en el equipo de fusión láser selectiva SLM280HL.

Según los científicos, con el fin de reducir al máximo el peso de los componentes, se ha llevado a cabo una optimización topológica en su estructura interna, como resultado de lo cual se han añadido bloques especiales alveolares. El tamaño de la pieza es de 70 × 80 × 100 mm. Debido al uso de tecnología de fabricación aditiva, su peso es aproximadamente un 40% más ligero que el de piezas similares fabricadas mediante métodos tradicionales.

Vitaly Smailov, profesor asociado en la Oficina de Enseñanza e Investigación de Tecnología de Producción de Motores de la Universidad de Samara, dijo:" La carcasa de la lente está hecha de polvo de aleación de aluminio AlSi10Mg. La aleación producida en Rusia goza de una gran reputación tanto en Rusia como en el extranjero. En el campo de la aeroespacial y la aviación, el peso es la característica principal, y la industria ha estado tratando de reducir este indicador."

Los científicos realizaron una optimización topológica de múltiples etapas de la estructura original, obtuvieron y analizaron varias formas.

Anton Agapovich, investigador de la Universidad de Samara, dijo:" Hemos cooperado con expertos en el campo de la optimización de topología CADFEM CIS y la tecnología de fabricación aditiva y hemos trabajado mucho para obtener un nuevo tipo de estructura para cumplir con las necesidades de la industria aeroespacial mundial Requisitos modernos."

Según los científicos, productos similares, como la lente del CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager), cuestan 23.000 euros y el precio del sistema óptico que están desarrollando será mucho menor.

El" 5-100" plan implementado en el marco del&nacional "educación GG" El proyecto tiene como objetivo ayudar a las universidades rusas a aumentar su potencial de investigación científica y mejorar su posición competitiva en el mercado mundial de servicios educativos.