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Made In Space 3D打印大型梁结构件并通过测试

时间:2017-08-12 23:59 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:

    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,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。

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     Made In Space的工作场所位于加州的 Moffett Field,是由一个废弃的海军航空基地改造而成的,在这里还有NASA的Ames研究中心以及其他空间技术创业公司。美国现在的一个趋势是私人公司正在开始协助甚至接管美国航空航天局的一些任务,这些任务正推动空间探索走向商业化。

     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。NASA技术将在2018年进行另一项重大测试,下一步将是送到空间中进行实际测试。

    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。

从11月开始,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。

    如果在地球上制造航天器,航天器上的结构需要被折叠起来,等到送入太空之后再展开。Archinaut具有的一个优势是直接在太空中进行制造,无需折叠。在打印材料足够充分的情况下,可以制造出非常大的航天器。这种太空直接制造的方式,也减少了对航空器进行“空间优化”的需求,实现全新的航天器设计,同时减少太空发射的成本。未来,Archinaut也可以用于制造和装配卫星中需要升级的零部件。

     听起来,Archinaut或从SpiderFab的制造理念发展而来。不用将整个空间结构送入太空,未来火箭可能仅需搭载原材料,然后在轨道上由“蜘蛛制造”系统建造而成。比起平整包装的碳纤维片材,一个完整的无线电天线将占据更多空间。人类很快将能像蜘蛛在地面织网一样,在太空中建造巨大的空间结构。2015年,在NASA的资助下,系绳无限公司(Tethers Unlimited)正在研发称为“蜘蛛制造”(SpiderFab)的太空制造系统,可利用蜘蛛形机器人在太空中集成大型空间结构。

    “蜘蛛制造”概念的核心是一个多臂机器人,用于部署到太空以建造空间结构组件,从一个“喷丝器”排出并熔合碳纤维条,像地球上织网的蜘蛛一样沿着桁架网络爬动,最终对这些组件进行集成,制造出整个物体。根据系绳公司的计划,“蜘蛛制造”系统将能用于建造大型无线电天线、航天器架构和太阳能电池阵列。

    在地面建造并集成所有部件然后整体发射入轨的航天器制造模式非常昂贵且耗时,航天器尺寸还会受到折叠并放置在火箭整流罩内的可展装置尺寸的限制。“蜘蛛制造”技术可降低成本并提高效率。此概念概念需要将碳纤维等原材料送入轨道。在轨道上,机器人利用这些材料建造桁架子结构,并将这些子结构组装并集成为大型系统。这种方法的潜在效益很多,主要是可以部署比当前火箭整流罩尺寸大得多的孔径和基线等空间结构。这种方法将为广泛的NASA、国防部和商业空间任务带来更高功率、更高分辨率、更高灵敏度和更大带宽。此外,太空中建造的物体将比从地面发射的那些拥有更新、更简单和更现代化的设计,因为它们不需要经受严酷的发射环境。这将降低设计复杂度并减轻系统质量,进一步带来巨大成本节省。

     蜘蛛机器人的制造原理听起来或许“小众”,但并不排除这种3D打印技术应用到基础工业制造领域的可能性。2016年,西门子技术研究院在普林斯顿大学的技术团队研发了一种八条腿的3D打印机器人,它的名字是SiSpis。SiSpis 的外形和工作原理非常像一只蜘蛛,身上装有一个可挤出PLA 打印材料的3D打印机、相机和激光扫描仪。

     SiSpis通过摄像头和激光扫描仪来分析自己的环境,并计算自己可以完成哪些工作任务。通过西门子的产品设计、建模和仿真研究团队给出的算法,其他蜘蛛将根据这些数据决定他们需要完成的3D打印任务。整个过程可以确保没有被遗漏的区域。蜘蛛机器人挤出打印材料的过程,就像蜘蛛吐丝、织网一样,逐渐完成一个大型物品的3D打印。SiSpis 蜘蛛机器人在每次充电之后可以持续作业两个小时。

(责任编辑:中国3D打印网)

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