Лазерный мир

Металлическая 3D-печать поднимет потенциал исследования Луны и Марса на новый уровень самообеспечения

В рамках миссии по снабжению Cygnus NG-20, которая стартовала 30 января, на МКС был отправлен 3D-принтер для печати металлом.

Технический директор Европейского космического агентства (ESA) Роб Постема объясняет, что этот 3D-принтер, печатающий металлические детали, стал первым в мире, печатающим в космосе. До сих пор на МКС уже использовались 3D-принтеры на основе полимеров, но они печатали объекты из пластикового материала. Процесс 3D-печати металлом осложнён высокими температурами и плавлением металла с помощью лазера. Кроме того, безопасность экипажа и самой станции должна быть надёжно обеспечена, а возможности технического обслуживания на МКС ограничены. Однако в случае успеха такая технология позволит создавать металлические объекты с большей прочностью, значительно повышая потенциал космической 3D-печати.

Лётная модель 3D-принтера Metal, запущенного 30 января на МКС. Это первый 3D-принтер на космической станции, печатающий из металла. Источник: ESA
После прибытия на МКС астронавт ESA Андреас Могенсен подготовит и установит 3D-принтер весом около 180 кг в европейскую выдвижную стойку Mark II в модуле ESA «Колумбус». Печать будет осуществляться с Земли, без надзора астронавта.
Металлический 3D-принтер будет использовать нержавеющую сталь, которая широко применяется в медицинских технологиях и очистке воды из-за своей хорошей устойчивости к коррозии. Проволока из нержавеющей стали подаётся в область печати и нагревается мощным лазером, который в миллион раз мощнее обычной лазерной указки. При погружении проволоки в ванну с расплавом, конец проволоки плавится, и металл добавляется к отпечатку.
Ванна с расплавом имеет очень малые размеры, около миллиметра в поперечнике, и поверхностное натяжение жидкого металла удерживает его на месте в условиях невесомости. Тем не менее температура плавления нержавеющей стали составляет около 1400 °C, поэтому принтер работает в герметичном корпусе, чтобы предотвратить попадание избыточного тепла или дыма в салон космической станции. Перед началом печати внутренняя кислородная атмосфера принтера будет заменена азотом, так как горячая нержавеющая сталь окислится при воздействии кислорода.

Для проверки производительности 3D-принтера Metal были выбраны четыре формы. Эти формы будут сопоставлены с эталонными отпечатками, которые были созданы на Земле для сравнения качества печати в космосе. Каждый из четырёх отпечатков имеет размер меньше банки газировки и весит менее 250 граммов. Создание каждого отпечатка занимает от двух до четырёх недель. Однако из-за шума, который создают кулеры и двигатель принтера, время печати ограничено четырьмя часами в день.

После распечатки астронавт Андреас вынет каждую форму из принтера и упакует для безопасной отправки на Землю. Там формы будут проанализированы для выявления различий в качестве и производительности печати между космической и земной средой.

Один из эталонов и отпечаток с кодом 0xg будет отправлен в Европейский центр астронавтов в Кёльне. Два других отпечатка будут доставлены в Европейский центр космических исследований и технологий, где их ожидают специалисты Лаборатории материалов и электрических компонентов. Им предстоит провести макро и микроанализ напечатанных деталей. Последний отпечаток будет отправлен в Технический университет Дании, где исследуют его тепловые свойства.
Разработка замкнутой космической экономики, а также повторное использование материалов на орбите — одна из целей космического исследования в будущем. Использование 3D-принтера позволит создавать новые инструменты или структуры из фрагментов старых спутников. Это позволит экономить временные и ресурсные затраты, связанные с отправкой инструментов на ракете, и позволит астронавтам печатать необходимые детали на орбите, что имеет ключевое значение для исследования Луны и Марса.

Источник: https://www.ixbt.com/news/2024/02/02/na-mks-otpravlen-3dprinter-dlja-pechati-metallom.html