3D鋼鐵打印技術(shù)應用到國際空間站

2024-09-24 10:07:00

　　2024年5月30日，隨著(zhù)一臺3D鋼鐵打印機在國際空間站上打印出首個(gè)鋼鐵組件，鋼鐵進(jìn)入了太空時(shí)代。

　　2024年5月底，在國際空間站里，歐洲航天局（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“歐空局”）哥倫布實(shí)驗艙的3D金屬打印機徹底改變了在軌制造方式。作為世界首創(chuàng )，這臺打印機使用液態(tài)不銹鋼打印了一小條S型曲線(xiàn)，證明了3D鋼鐵增材制造（一種每次建造一層物體的工藝）可以在太空中實(shí)現。

　　“這條S型曲線(xiàn)是測試線(xiàn)條，標志著(zhù)我們3D金屬打印機的調試工作成功結束?！睔W空局技術(shù)官Rob Postema解釋說(shuō)?！半S著(zhù)首次打印的成功以及其他參考線(xiàn)條的推出，我們不久將會(huì )打印出完整的零件?！?/div>

　　基于聚合物的3D打印機已經(jīng)在國際空間站上打印塑料物體有一段時(shí)間了，但金屬打印難度更大，因為金屬打印需要更高的溫度和激光器來(lái)熔化金屬。使用3D鋼鐵打印機時(shí)，首先將一根不銹鋼絲送入打印區域，然后由高功率激光器加熱，激光器的功率約為標準激光筆的100萬(wàn)倍。隨著(zhù)不銹鋼絲的融化，不銹鋼被印成所需的形狀。

圖為歐空局宇航員Andreas Mogensen在國際空間站內安裝3D鋼鐵打印機。

　　安全第一

　　“激光器及其產(chǎn)生的熱量帶來(lái)惡劣的打印環(huán)境，最初如何保護國際空間站是個(gè)問(wèn)題?！笨湛凸?D金屬打印機系統工程師Sébastien Girault說(shuō)?！按蛴C裝在一個(gè)密封的金屬盒子里，這個(gè)盒子起到保險箱的作用。該工藝兼容的金屬合金的熔點(diǎn)可能遠遠超過(guò)1200攝氏度，而塑料的熔點(diǎn)只有200攝氏度左右，這意味著(zhù)需要嚴格的熱量控制?！?/div>

　　“重力管理也很關(guān)鍵，這就是我們選擇基于線(xiàn)材的打印技術(shù)的原因。線(xiàn)材不受重力影響，不像基于粉末的系統，粉末打印設備總是要落到地上?！?/div>

　　克服了這個(gè)障礙后，金屬具有的高強度、高硬度和導電性為在太空進(jìn)行3D打印帶來(lái)巨大的機會(huì )。

　　太空打印，地球操作

　　3D金屬打印機只有微波爐大小，這臺打印機的操作員位于法國的CADMOS用戶(hù)支持中心。國際空間站航天員所要做的只是打開(kāi)氮氣和排氣閥，以便開(kāi)始打印。

　　為測試不銹鋼打印機在太空中的各種可能性，首先要打印一些預定的形狀，然后將這些形狀返回到地球，以便與在正常重力條件下在地面上打印的相同形狀進(jìn)行質(zhì)量和性能比較?？茖W(xué)家們將比較太空和地面上的測試數據，以了解微重力是對打印過(guò)程和金屬的影響。

　　“其中兩個(gè)打印部件將被送往位于荷蘭的歐洲太空研究和技術(shù)中心（ESTEC）的材料和電氣組件實(shí)驗室進(jìn)行分析，以幫助我們了解長(cháng)期微重力是否會(huì )對金屬材料的打印產(chǎn)生影響。另外兩個(gè)打印部件將被送往歐洲宇航員中心和丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）?！睔W空局技術(shù)、工程和質(zhì)量局材料工程師Advenit Makaya透露。

　　打造太空循環(huán)經(jīng)濟

　　歐空局計劃使用3D不銹鋼打印機來(lái)幫助打造太空中的循環(huán)經(jīng)濟。為了延長(cháng)太空設備的使用壽命并優(yōu)化資源，歐空局希望一旦3D不銹鋼打印機完全投入使用，就可以用來(lái)打印軌道上所需的零件和工具，從而避免從地球上用火箭運送這些零件和工具。

　　“太空3D金屬打印具有一種很有前途的能力，不僅可以支持未來(lái)的探索活動(dòng)，也可以通過(guò)現場(chǎng)制造、維修、太空結構物回收等廣泛的應用，進(jìn)一步推動(dòng)提高太空活動(dòng)的可持續性。包括在軌大型基礎設施的制造和組裝，以及人類(lèi)長(cháng)期定居行星計劃，這些方面是歐空局即將開(kāi)展的技術(shù)交叉項目的關(guān)鍵重點(diǎn)?！睔W空局機械部負責人Tommaso Ghidini說(shuō)。

　　真心希望鋼鐵行業(yè)的先驅們也能看到如今鋼鐵在實(shí)質(zhì)意義和象征意義上取得的進(jìn)步！

來(lái)源：世界鋼鐵協(xié)會(huì )

編輯：張雨恬

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