افزایش فعالیت در ایستگاه فضایی بین المللی سبب افزایش علاقه دانشمندان و مهندسان هوافضا به پرینت سه بعدی در شرایط ریزگرانش شده است. محققان آلمانی و فرانسوی در مقاله ای تازه منتشر شده با عنوان “امکان پرینت سه بعدی اجزای فلز در شرایط میکرو گرانش” به تحقیق در مورد پرینت سه بعدی در میکروگرانش پرداخته اند. این تیم تحقیقاتی با ایجاد استراتژی هایی برای کار و زندگی در فضا چالش های احتمالی استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی فلز در گرانش پایین را مورد بررسی قرار دادند.

 

پرینت سه بعدی فلز در شرایط ریزگرانش

تکنولوژی ساخت افزایشی برای بسیاری از شرکت ها و سازمان ها در سراسر جهان به ویژه هوافضا و ناسا بسیار مفید بوده است. با توجه به این که ایجاد قطعات یدکی می تواند بسیار پرهزینه و چالش برانگیز باشد، تکنولوژی پرینت سه بعدی مزایایی همچون قیمت پایین و سرعت در تولید و موارد دیگری شامل ادغام روبات ها را فراهم آورده است.

هدف محققان در این مطالعه ساخت قطعات فلزی ۱ تا ۵۰۰ میلی متری در فضا بوده است. همچنین ساختارهای بزرگتری می توان ایجاد کرد و تقریباً تمام قسمتهای موجود در فضاپیما را می توان با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدیLBM  و در طیف گسترده ای از مواد از تیتانیوم تا آلیاژهای مبتنی بر نیکل ساخت.

در حال حاضر فناوری پرینت سه بعدی LBM در زمینه های گوناگونی کاربرد دارد:

• ،خودروسازی
• هوافضا
• ساخت ابزارآلات
• پزشکی

محققان اظهار داشتند: “انتخاب فناوری LBM به عنوان فرایندی برای ساخت اجزای هوافضا، مبتنی بر نسبت وزن ماده اولیه مورد نیاز برای ماشینکاری یک جزء و وزن خود مؤلفه بوده است. در فناوری های مرسوم تولید این نسبت ” buy-to-fly” برای اجزای پرنده ۱۵-۲۰ می باشد”.

فرآیندهای LBM با داشتن نسبت buy-to-fly نزدیک به ۱ فواید گوناگونی شامل ساخت قطعات با هر شکل دلخواه و ایجاد قطعات با استفاده از پودر که ضایعات کمی دارند را فراهم می آورند.

محققان اظهار داشتند: “از دست دادن ابزار در ایستگاه  های فضایی یا گام برداری در فضا، ممکن است برای فضانوردان و مأموریت ها مشکل ساز باشد. با وجود ردیابی دقیق، به طور متوسط ​​تقریبا دو درصد از قطعات یدکی موجود در  ISSکه در حدود ۲۰۰۰ مؤلفه می باشند از بین می روند.”

تکنولوژی پرینت سه بعدی گزینه ای منطقی است زیرا فایلهای سه بعدی را می توان از طریق ایمیل ارسال کرد تا در صورت نیاز براساس تقاضا در محل تولید شوند. شغل فضانوردان در آینده با داشتن یک جعبه ابزار مجازی یا با تکیه بر فایل های ارسالی از زمین به خصوص در ماموریت هایی با فاصله دور از زمین مانند مریخ ساده تر خواهد شد. بخش اعظم این موضوع به امکان تولید در ریز گرانش وابسته است.

 

در حال حاضر ایستگاه فضایی بین المللی از یک پرینتر سه بعدی FDM تولید شده توسط شرکت آمریکایی معروف Made in Space استفاده می کند. فضانوردان همچنین تعداد بسیار زیادی ابزار پرینت سه بعدی شده را ساخته اند. در حالی که این یک دستاورد عظیم می باشد، این پرینتر سه بعدی FDM ممکن است برای نیازهای در حال گسترش فضانوردان در آینده که اولویتشان عملکرد است بسیار ابتدایی باشد.

محققان اظهار داشتند: “تکنولوژی ساخت افزایشی مبتنی بر لیزر ساخت قطعات از جنس فلز و پلیمر های ترموپلاستیکی با کارایی بالا را در فضا امکان پذیر می سازد.”

در حالی که قبلاً پرینت سه بعدی با استفاده از پودر بسیار دشوار بوده است، این تیم تحقیقاتی توضیح می دهد که پیشرفت های جدید می تواند فرآیندهای LBM را برای محیط های ریزگرانش مناسب کند. استفاده از این تکنیک می تواند با ایجاد جریان گاز در بستر پودر، پودر را در فضا تثبیت کند. یک ساختار متخلخل به عنوان فیلتر برای تثبیت ذرات فلز در جریان گاز مورد استفاده قرار می گیرد.

محققان اظهار داشتند:” می توان نشان داد که نیروهای بازدارنده تأمین شده توسط جریان گاز با نیروهای عملگر بر ذرات در شرایط شتاب µ‐g برای ذراتی با قطر ۳۸ میکرومتر قابل مقایسه یا حتی بیشتر هستند. در این مطالعه، اولین ابزار فلز در سراسر جهان که یک آچار ۱۲ میلیمتری بود توسط LBM در شرایط ریزگرانش تولید شده است. علاوه بر این، سایر قطعات توسط یک پرواز سهموی در شتاب های مختلفی شامل گرانش بیش از حد (۱٫۸ g)، ریزگرانش (<0.01 g) و ۱ g. ساخته شدند. در نخستین بررسی، هیچ تفاوت قابل توجهی میان ساختار این قطعات با یک قطعه تولید شده در شرایط شتاب ۱ g مشاهده نشده است. از این رو این مطالعه نخستین نتیجه درباره امکان پذیر بودن یک فرآیند LBM برای ساخت قطعات فلزی جهت استفاده در فضا را نشان داد. “

پرینت سه بعدی فلز علاوه بر فضا بسیاری از تکنیک های مختلف امروزی را برای طیف گسترده ای از اهداف مختلف صنعتی و با انواع مختلفی از پودرها و مواد از سرامیک تا نانو کامپوزیت ها و مس که به طور مداوم بر روی زمین آزمایش می شوند در بر گرفته است.

 

منبع:https://3dprint.com

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.