制造技術如何運用于太空探索

IMTS介紹了(le)幾家將自己的技術用于太(tai)空(kong)(kong)探(tan)索的公司。從3D打(da)印(yin)月球棲息地到為詹姆斯·韋伯望遠(yuan)鏡(jing)制造反射鏡(jing)，工業創新(xin)在太(tai)空(kong)(kong)中(zhong)找到了(le)一個新(xin)的應(ying)用領(ling)域。

隨著美國宇航局即將向月球發射(she)阿爾忒彌斯(si)1號太空發射(she)系統火箭，太空探(tan)索再次成為人們(men)關注的焦(jiao)點。現(xian)在(zai)，我們(men)的目標是(shi)(shi)殖民這(zhe)顆恒星(xing)，然后可(ke)能是(shi)(shi)火星(xing)。但是(shi)(shi)我們(men)如何在(zai)月球上(shang)建(jian)造房(fang)屋呢？3D打印(yin)技術可(ke)以使(shi)低成本的月球殖民成為現(xian)實。

3D打印(yin)空間棲息地

在(zai)IMTS上，Ingersoll展示了他們的(de)masterprint機器人系(xi)統(tong)，該系(xi)統(tong)能夠打(da)印(yin)用(yong)于太空棲息地的(de)聚合(he)物門模具。

這是(shi)世界上最大的(de)打(da)印機，每小時可以擠(ji)出226公(gong)斤的(de)打(da)印機絲(si)。

根(gen)據英格索蘭(lan)機床公(gong)司成分應用工程師Kyle Calvert的說法，

“我(wo)們(men)正(zheng)在為(wei)棲息地的門打(da)印(yin)(yin)模具(ju)(ju)。它重145磅(65公斤)，只(zhi)需(xu)7個(ge)小(xiao)時(shi)就能打(da)印(yin)(yin)出(chu)來。使用碳纖維和玻(bo)璃纖維鋪(pu)層工具(ju)(ju)，通常上市時(shi)間為(wei)3到4個(ge)月。然而，通過(guo)增材制造，我(wo)們(men)可以在3天內(nei)制造出(chu)一個(ge)8到10米(mi)長(chang)的模具(ju)(ju)。一旦你打(da)印(yin)(yin)了模具(ju)(ju)，它將只(zhi)需(xu)要1到2周磨(mo)，因為(wei)我(wo)們(men)是(shi)打(da)印(yin)(yin)接(jie)近凈形(xing)狀。這意味(wei)著我(wo)們(men)打(da)印(yin)(yin)整個(ge)部分約5毫米(mi)的堆棧。這樣加(jia)工過(guo)程就快(kuai)多了。所(suo)以它能讓你更快(kuai)地進(jin)入市場。”

masterprint機器人還(huan)打印了位于(yu)瑞士的(de)7米高的(de)實驗性羅(luo)森伯格太空(kong)棲息地的(de)外殼(ke)。

“關(guan)于月球(qiu)探(tan)索，Rosie項目，我們打印(yin)(yin)的(de)(de)(de)太空棲息地安(an)裝在(zai)(zai)(zai)(zai)瑞士羅森博格研(yan)究所(suo)，他們正在(zai)(zai)(zai)(zai)進行測試和研(yan)究，看(kan)看(kan)如果你在(zai)(zai)(zai)(zai)月球(qiu)上(shang)生活在(zai)(zai)(zai)(zai)上(shang)面是什么樣子(zi)。目前(qian)的(de)(de)(de)計劃是在(zai)(zai)(zai)(zai)發射到(dao)月球(qiu)的(de)(de)(de)火(huo)箭中(zhong)安(an)裝6個打印(yin)(yin)模塊。但將(jiang)所(suo)有結(jie)構發送到(dao)月球(qiu)是非常(chang)昂貴的(de)(de)(de)，所(suo)以長期計劃是在(zai)(zai)(zai)(zai)月球(qiu)上(shang)安(an)裝一個較小的(de)(de)(de)母(mu)版打印(yin)(yin)機器(qi)人系統，以便能(neng)夠打印(yin)(yin)所(suo)需的(de)(de)(de)組件。”

詹姆斯·韋伯望遠鏡反射鏡的加(jia)工

詹姆斯·韋伯望遠(yuan)鏡(jing)于2021年12月發射，任務是探索(suo)宇宙的(de)(de)過去(qu)。它是世界上迄(qi)今(jin)為(wei)止建造的(de)(de)最大(da)(da)、最復雜的(de)(de)空間(jian)科(ke)學(xue)望遠(yuan)鏡(jing)，包(bao)含了大(da)(da)約十(shi)個以(yi)前從未完成的(de)(de)技術。

其(qi)中一個(ge)是6.5米的(de)純鈹鏡。這(zhe)面(mian)鏡子(zi)由18個(ge)獨(du)立的(de)部分組成(cheng)(cheng)，可以捕捉遠處物體發出的(de)紅外(wai)光。它是用鈹制成(cheng)(cheng)的(de)，因為這(zhe)種(zhong)材料很輕，而且(qie)能承受非常低的(de)溫度。

美國宇航局聯系三井精(jing)木來做這(zhe)項工(gong)作。但三井精(jing)工(gong)的(de)Charman Scott J. Walker解釋說，由(you)于鈹的(de)加工(gong)非常復雜(za)，制造這(zhe)18個組件是一(yi)項具有(you)挑(tiao)戰性的(de)任(ren)務(wu):

“當(dang)你加工(gong)鈹時(shi)，你要去(qu)除大(da)約20到40微米的(de)材料，它們必須(xu)從機(ji)(ji)器(qi)(qi)中(zhong)取出，放(fang)(fang)入(ru)帶氮氣的(de)鈦(tai)袋(dai)中(zhong)，放(fang)(fang)入(ru)熱處理烤箱，然(ran)后再放(fang)(fang)回機(ji)(ji)器(qi)(qi)中(zhong)。因(yin)此，為了完成這(zhe)項(xiang)工(gong)作并滿足(zu)計(ji)劃，NASA需要8臺(tai)機(ji)(ji)器(qi)(qi)，每臺(tai)機(ji)(ji)器(qi)(qi)只反復去(qu)除少量的(de)鈹。所(suo)以機(ji)(ji)器(qi)(qi)必須(xu)在(zai)透鏡所(suo)處的(de)這(zhe)片空間中(zhong)以完全相同的(de)幾何形狀(zhuang)建造。很難做(zuo)到!”

如果該(gai)公司能(neng)夠提(ti)供8個定制(zhi)的(de)(de)臥(wo)式(shi)4軸加(jia)工中心(xin)來加(jia)工鏡(jing)子(zi)用的(de)(de)鈹坯，那是因為該(gai)公司專門制(zhi)造核心(xin)競爭力的(de)(de)機床平(ping)臺(tai)。

“該系列機器是為了完成(cheng)一(yi)項只能由手工刮(gua)刮(gua)和手工裝配(pei)機器完成(cheng)的(de)特(te)定工作而制造的(de)。世界(jie)上只有兩家(jia)公(gong)司(si)在這么做:我(wo)們(men)和另一(yi)家(jia)日本(ben)公(gong)司(si)。”

完(wan)成這項工作需要兩年時間(jian)。這些機(ji)器只是(shi)為這一特定任(ren)務而制造(zao)的，但其中(zhong)一半仍被用(yong)于制造(zao)航(hang)天齒輪箱。