جدول المحتويات:

رواد فضاء في محطة الفضاء يختبرون الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى
رواد فضاء في محطة الفضاء يختبرون الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى
فيديو: رواد فضاء في محطة الفضاء يختبرون الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى
فيديو: طابعة ثلاثية الأبعاد للعمل في الفضاء - hi-tech 2023, شهر فبراير
Anonim

لدى ناسا خطط كبيرة للطباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء ، حيث يمكن لمواد الكويكبات الملغومة أن تعيد إمداد المهمات الأطول.

تركت حقيبة أدوات ناسا الشائنة التي فقدت في الفضاء خلال مهمة صيانة محطة الفضاء الدولية (ISS) في نوفمبر 2008 الطاقم مع بندقية شحم واحدة أقل ولا توجد طريقة لاستبدال الأداة المفقودة. في غضون بضع سنوات ، قد يتمكن رواد الفضاء من إعادة تخزين الأدوات المفقودة أو التالفة عن طريق طباعة ثلاثية الأبعاد لأدوات جديدة.

ستختبر ناسا جدوى الطباعة ثلاثية الأبعاد في بيئة الجاذبية الصغرى المحصورة في أوائل يونيو المقبل عندما ترسل طابعة بحجم الميكروويف إلى محطة الفضاء الدولية لإجراء سلسلة من التجارب لإنتاج الأجزاء والأدوات البلاستيكية والمركبة. إذا سارت الأمور على ما يرام ، تخطط وكالة الفضاء لتثبيت طابعة ISS دائمة في عام 2015.

على المدى القريب ، ستسمح مثل هذه الآلة لطاقم محطة الفضاء الدولية بتكرار الاحتمالات والنهايات - مقاطع بلاستيكية لتثبيت البضائع ، على سبيل المثال - دون الحاجة إلى انتظار مهمة إعادة الإمداد التالية. علاوة على ذلك ، تتخيل وكالة الفضاء يومًا يمكن فيه تسليم المواد الخام المستخرجة من الكويكبات إلى مركبة فضائية أو مختبر مداري واستخدامها كعلف للطباعة ثلاثية الأبعاد. إن القدرة على إعادة الإمداد بعيدًا عن الأرض ستمنح هذه السفينة القدرة على القيام بمهام أطول في الفضاء العميق ، بافتراض أن عددًا لا يحصى من النقاط الشائكة الأخرى تعمل على الوقود والغذاء والإشعاع فيما بينها.

اختبار المدى

أول الأشياء أولاً: سيقوم رواد الفضاء بتثبيت الطابعة التجريبية ثلاثية الأبعاد التي أنشأتها شركة تسمى Made in Space-in the Microgravity Science Glovebox التابع لمحطة الفضاء الدولية ، وهو عبارة عن مساحة عمل مغلقة بسعة 255 لترًا تقع في وحدة مختبر كولومبوس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. طورت ESA مساحة العمل للسماح لعلماء الأرض من مختلف التخصصات بإجراء تجارب في الفضاء ، بمساعدة أعضاء طاقم محطة الفضاء الدولية عبر روابط البيانات في الوقت الفعلي والفيديو. مساحة العمل مغلقة ومحفوظة تحت ضغط سلبي لتمكين الطاقم من التعامل مع الأجهزة والعينات التجريبية دون التعرض لخطر تسرب الأجزاء الصغيرة أو الجسيمات أو السوائل أو الغازات إلى وحدة المختبر المفتوحة.

تقوم طابعة Made in Space ببناء الأشياء عن طريق تسخين خيوط لدائن حرارية أولاً ثم استخدام رأس بثق لإيداع المادة المخففة وفقًا لمخطط تمليه تصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). تقنية الطباعة هذه - التي يشيع استخدامها من قبل المخترعين لنمذجة تصميماتهم بسرعة - تخلق عناصر من الأسفل إلى الأعلى ، وترسب المواد في طبقات رقيقة تصل إلى 0.04 ملليمتر.

تم تصميم الطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل عام للاستفادة من الجاذبية والتوتر السطحي للمساعدة في تكوين طبقات بدون فقاعات هواء أو عيوب أخرى تضعف المنتج النهائي. يقول جيسون دان ، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة Made in Space: "في ظل الجاذبية الصغرى ، تبدأ جميع مكونات الطابعة ثلاثية الأبعاد في الطفو ، وحتى أجزاء المليمتر من الطفو يمكن أن تكون ضارة بالطباعة". دون الخوض في التفاصيل - لأسباب تنافسية - يقول دن إن شركته طورت "أول طابعة ثلاثية الأبعاد مستقلة أساسًا عن الجاذبية".

يعني نقص الجاذبية أيضًا أن الغلاف الجوي لمحطة الفضاء الدولية لا يوفر انتقالًا طبيعيًا للحمل. هذا يطرح مشاكل لإدارة الحرارة ، وهو أمر أساسي لعملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ويضيف دان قائلاً: "يتطلب الحفاظ على سخونة الأشياء وباردة الأشياء الباردة أساليب إدارة حرارية جديدة مقارنةً بتلك الموجودة في الطابعات الأرضية ثلاثية الأبعاد".

اجتاز النموذج الأولي للطابعة عددًا من اختبارات الاهتزاز والضغط لتحديد ما إذا كان يمكن أن ينجو من الإطلاق ويعمل في الجاذبية الصغرى. قدمت رحلات اختبار القطع المكافئ فواصل زمنية من 20 إلى 30 ثانية من انعدام الوزن لاختبار الطابعة وأسفرت عن مجموعة محدودة من بيانات الأداء التي تأمل ناسا في استكمالها خلال تركيب محطة الفضاء الدولية في العام المقبل. ستقدم Made in Space بحثًا من رحلاتها التجريبية المبكرة في مؤتمر المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضاء 2013 الشهر المقبل.

أثناء اختبار محطة الفضاء الدولية ، ستقوم طابعة Made in Space ببناء مجموعة متنوعة من الكائنات ، بما في ذلك نماذج بالأحجام الطبيعية للأدوات والأجزاء المستخدمة في المحطة الفضائية. يقول مايك سنايدر ، الشريك المؤسس لـ Made in Space: "الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو تحديد ليس فقط كيفية تفاعل الطابعة عند تعرضها للجاذبية الصغرى طويلة الأمد ، ولكن أيضًا لتحديد ما إذا كانت المواد تتغير عند بنائها في تلك البيئة". وكذلك المهندس الرئيسي للشركة ومدير البحث والتطوير.

حدود طاقة المحطة

عادةً ما تولد الطابعات ثلاثية الأبعاد القائمة على البثق درجات حرارة تبلغ حوالي 200 درجة مئوية لتليين خيوط البوليمر الحراري. هذا ليس سحبًا كبيرًا للطاقة ، ولكن الطابعة قد تحتاج إلى طاقة إضافية للحفاظ على تسخين حجرة البناء - وهذا يساعد على منع الأشياء من التشويه أو الالتفاف حيث تجف الطبقات السفلية تحت الطبقات المترسبة حديثًا ، كما يقول لوني لوف ، كبير الباحثين في قسم علوم وهندسة النظم بمختبر أوك ريدج الوطني. إذا لم يتم تسخين حجرة التصميم ، فهناك خيار آخر وهو استخدام منصة بناء ساخنة - مثل اللوح الساخن - لمنع الطبقات السفلية من التبريد بسرعة كبيرة. يعرف الحب شيئًا أو شيئين عن الطباعة ثلاثية الأبعاد - فهو المطور الرئيسي في مشروع أوك ريدج لتطوير يد صناعية آلية مطبوعة ثلاثية الأبعاد.

تتطلب الطابعات البلاستيكية ثلاثية الأبعاد عالية الجودة قدرًا كبيرًا من الحرارة - غالبًا ما يتم توفيرها بواسطة ليزر متعطش للطاقة - لتسييل بوليمرات التغذية وبناء أجسام بلاستيكية أكثر كثافة ومتانة. تصنع الأنظمة القائمة على البثق مواد بلاستيكية منخفضة الجودة عن طريق تليين البوليمرات بحيث تتدفق عبر رأس الطباعة مثل معجون الأسنان. من المحتمل أن يكون تثبيت الليزر على محطة الفضاء الدولية غير عملي لأن استخدام الطاقة سيكون مصدر قلق ، كما يقول جوزيف بيمان ، أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة تكساس في أوستن والرائد في تقنيات التصنيع المضافة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد. ويضيف: "بقدر كفاءة الطابعات ثلاثية الأبعاد في عدم إهدار المواد ، فهي لا تتمتع بكفاءة عالية في استخدام الطاقة".

على الرغم من أن سنايدر يقول إنه لا يستطيع الخوض في التفاصيل حول متطلبات الطاقة لطابعة شركته ، إلا أنه يشير إلى أن الأجهزة التي تعمل في ISS Glovebox محدودة بحوالي 200 واط. ويضيف أن آلة صنع في الفضاء تعمل "بشكل رمزي" ضمن هذا المطلب.

يقول لوف إن اهتمام ناسا بالطباعة ثلاثية الأبعاد له معنى كبير ، ويبدو أن نهج صنع في الفضاء القائم على البثق منطقيًا ، نظرًا لقيود الحجم والطاقة التي تفرضها محطة الفضاء الدولية.

الخطوات التالية

إن نقل الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على الفضاء إلى مستويات صناعية أكثر والتي من شأنها أن تمكن طاقم محطة الفضاء الدولية من استبدال الأجزاء الأكثر ثباتًا وتعقيدًا هو خارج نطاق التجربة الحالية. يقول بيمان إن الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تصنع عناصر من التيتانيوم ومساحيق المعادن الأخرى ستكون رائعة لإصلاح أو استبدال المكونات الأكثر أهمية في المحطة الفضائية ، ولكنها امتداد أكبر لبيئة الجاذبية الصغرى. ويضيف قائلاً: "لا تريد أن تتطاير تلك المساحيق ، على الرغم من أنك ربما تكون قادرًا على استخدام نظام إلكتروستاتيكي للحفاظ على المساحيق غير الموصلة أسفل حجرة البناء".

بغض النظر عن التحديات ، "أعتقد أن [الطباعة ثلاثية الأبعاد على محطة الفضاء الدولية] ستنجح بالفعل" ، كما يقول بيمان. "السؤال هو إلى أي مدى سيكون مفيدًا ، لكنه بالتأكيد يستحق التجربة".

يوافق الحب ، خاصةً إذا ومتى تحرك رواد الفضاء خارج المحطة الفضائية: "بدلاً من إرسال جميع المواد اللازمة إلى موقع معين ، تقوم فقط بإرسال طابعة ، وتقوم بعمل ما تحتاجه باستخدام ما هو متاح محليًا" ، كما يقول. "يبدو الأمر بعيد المنال ، لكنه ممكن تقنيًا".

شعبية حسب الموضوع