Jak odbywa się drukowanie 3D w kosmosie?

W tym artykule stwierdzono, że drukowanie 3D zostało wykonane w kosmosie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Jestem ciekawy, jak to działa inaczej niż drukowanie 3D na Ziemi. Czy są jakieś dodatkowe środki, które należy podjąć, aby zapewnić prawidłowe wytłaczanie filamentu na łożu drukującym lub podczas innych etapów?

Najprawdopodobniej drukarki 3D stosowane w ISS nie zawierają pewnych fundamentalnych różnic, które pozwalają im drukować w zerowej grawitacji.

Niektórzy ludzie w 3Dprint.com zadali bardzo podobne pytanie i doszli do wniosku, że odwracając drukarkę 3D do góry nogami i na boku:

naprawdę nie ma tak naprawdę dużej różnicy. Ciekawie jest zobaczyć, jak orientacja ma niewielki wpływ na jakość.

Jeden z pierwszych modeli drukarek 3D - drukarka Bukito - wykazał, że ich drukarka jest tak przenośna, że ​​może drukować nawet w ruchu i do góry nogami .

Innymi słowy, niektóre konsumenckie drukarki 3D już drukują do góry nogami, więc prawdopodobnie drukowałyby również w zerowej grawitacji!

(W każdym razie to krótka historia. Spójrz na post Ryana, który zawiera świetny opis bardziej skomplikowanych części drukowania kosmicznego!)

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie, musisz rozważyć, w jaki sposób stopiony filament przylega do stołu drukarskiego i innych warstw oraz czy grawitacja ma jakikolwiek wpływ na jego przyczepność. Odpowiedź jest taka, że ​​grawitacja nie ma żadnego rzeczywistego wpływu na przyczepność żarnika. Zamiast tego tworzywo sztuczne wiąże się z powierzchnią stołu do drukowania, a następnie kolejne warstwy łączą się z poprzednią warstwą. Grawitacja nie ma również żadnego wpływu na sposób podawania żarnika ani na ruch pasów i kół zębatych. Niektóre uchwyty rolek filamentu mogą nie być używane, jeśli nie zaciskają rolki, a drukarka również musi zostać dociśnięta. Ale, co może zaskakujące, tak naprawdę nie ma nic innego, co należałoby zrobić inaczej, aby drukarka działała w przestrzeni kosmicznej.

Pierwszym dużym problemem związanym z przestrzenią jest jakość powietrza. Nie można po prostu otworzyć okna, aby wywietrzyć zapach stopionego ABS z ISS!

Drukarki FFF wydzielają opary i nanocząsteczki. Na stacji kosmicznej to samo powietrze podlega recyklingowi w kółko, a systemy oczyszczania powietrza mają określony zestaw zanieczyszczeń, dla których są zoptymalizowane, a także pojemność projektową przepływu powietrza i szybkości usuwania substancji chemicznych, która nie będzie dostosowywana tylko dlatego, że ktoś dziś drukuje zapadkę kosmiczną. Ochrona jakości powietrza w kabinie jest ogromnym czynnikiem konstrukcyjnym każdego eksperymentu przeprowadzanego w kosmos.

Dotychczasowe eksperymenty z drukowaniem w kosmosie na ISS przeprowadzono w jednej z próżniowych komór doświadczalnych, więc wszelkie niefiltrowane opary (lub wybuchy ognia) mogą być odprowadzane bezpośrednio w kosmos, jeśli zajdzie taka potrzeba. Na dłuższą metę to nie zadziała - inne eksperymenty mogą wymagać komory próżniowej lub drukarki „produkcyjne” mogą być zbyt duże, aby zmieścić. Tak więc drukarka musi mieć własny wewnętrzny system oczyszczania powietrza.

Kolejnym OGROMNYM ograniczeniem projektowym jest przetrwanie podczas startu. Ładunki rakietowe muszą być zaprojektowane na ekstremalne siły g bez 1) uszkodzenia lub 2) znacznego wewnętrznego przesunięcia masy, które wpłynęłoby na środek ciężkości ładunku.

Ważna jest tu także całkowita masa ładunku: podnoszenie masy na niską orbitę ziemską jest drogie.

Zaskakujące jest to, że samo środowisko mikrograwitacji nie jest takie duże. Stopione tworzywo sztuczne jest bardzo lepkie i pozostaje tam, gdzie jest wystarczająco długo, aby się zestalić, pod warunkiem, że przylega do czegoś. Ale przychodzą mi na myśl dwa skutki.

• Po pierwsze, niezabezpieczona szpula filamentu spróbuje się zrelaksować. Grawitacja nie zapewnia tarcia kontaktowego, na którym zwykle polegamy, aby uchronić szpule przed gniazdowaniem ptaków. (Pomyśl o tym: ciasno nawinięta szpula to dosłownie olbrzymia sprężyna śrubowa.)
• Po drugie, przepływy ciepła różnią się mikrograwitacją - nie można polegać na pasywnej konwekcji, aby schłodzić druk lub silniki. Muszą być zapewnione pomieszczenia zapewniające wystarczający wymuszony przepływ powietrza i pochłanianie ciepła we wszystkim, co wymaga chłodzenia. Dotyczy to również samej obudowy, ponieważ, jak wspomniano powyżej, komora drukująca musi być szczelnie zamknięta w celu kontroli jakości powietrza.

Wreszcie niezawodność ma kluczowe znaczenie. Amazon nie dostarcza jeszcze do ISS (jeszcze). Nawet pojedyncza śruba może usunąć drukarkę z eksploatacji na wiele miesięcy, dopóki część zamienna nie będzie pasować do nadchodzącego uruchomienia. Zapalenie drukarki, ponieważ coś zwarciowego, byłoby katastrofalne.

Tak naprawdę naprawdę chodzi o to, aby drukarka była wystarczająco wytrzymała, aby się tam dostać, działać bezpiecznie i nigdy się nie zepsuć. Drukowanie do góry nogami jest w porównaniu trywialne.