3D鋼鐵打印技術(shù)應(yīng)用到國際空間站

2024-09-24 10:07:00

　　2024年5月30日，隨著一臺3D鋼鐵打印機在國際空間站上打印出首個鋼鐵組件，鋼鐵進入了太空時代。

　　2024年5月底，在國際空間站里，歐洲航天局（以下簡稱“歐空局”）哥倫布實驗艙的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，證明了3D鋼鐵增材制造（一種每次建造一層物體的工藝）可以在太空中實現(xiàn)。

　　“這條S型曲線是測試線條，標志著我們3D金屬打印機的調(diào)試工作成功結(jié)束?！睔W空局技術(shù)官Rob Postema解釋說。“隨著首次打印的成功以及其他參考線條的推出，我們不久將會打印出完整的零件?！?/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熔化金屬。使用3D鋼鐵打印機時，首先將一根不銹鋼絲送入打印區(qū)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100萬倍。隨著不銹鋼絲的融化，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(nèi)安裝3D鋼鐵打印機。

　　安全第一

　　“激光器及其產(chǎn)生的熱量帶來惡劣的打印環(huán)境，最初如何保護國際空間站是個問題?！笨湛凸?D金屬打印機系統(tǒng)工程師Sébastien Girault說?！按蛴C裝在一個密封的金屬盒子里，這個盒子起到保險箱的作用。該工藝兼容的金屬合金的熔點可能遠遠超過1200攝氏度，而塑料的熔點只有200攝氏度左右，這意味著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材的打印技術(shù)的原因。線材不受重力影響，不像基于粉末的系統(tǒng)，粉末打印設(shè)備總是要落到地上?！?/div>

　　克服了這個障礙后，金屬具有的高強度、高硬度和導電性為在太空進行3D打印帶來巨大的機會。

　　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用戶支持中心。國際空間站航天員所要做的只是打開氮氣和排氣閥，以便開始打印。

　　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(yù)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行質(zhì)量和性能比較?？茖W家們將比較太空和地面上的測試數(shù)據(jù)，以了解微重力是對打印過程和金屬的影響。

　　“其中兩個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驗室進行分析，以幫助我們了解長期微重力是否會對金屬材料的打印產(chǎn)生影響。另外兩個打印部件將被送往歐洲宇航員中心和丹麥技術(shù)大學（DTU）。”歐空局技術(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不銹鋼打印機來幫助打造太空中的循環(huán)經(jīng)濟。為了延長太空設(shè)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，不僅可以支持未來的探索活動，也可以通過現(xiàn)場制造、維修、太空結(jié)構(gòu)物回收等廣泛的應(yīng)用，進一步推動提高太空活動的可持續(xù)性。包括在軌大型基礎(chǔ)設(shè)施的制造和組裝，以及人類長期定居行星計劃，這些方面是歐空局即將開展的技術(shù)交叉項目的關(guān)鍵重點。”歐空局機械部負責人Tommaso Ghidini說。

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

來源：世界鋼鐵協(xié)會

編輯：張雨恬

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