Як робиться 3D-друк у космосі?

У цій статті зазначено, що 3D-друк був здійснений у космосі на Міжнародній космічній станції.

Мені цікаво, як це працює інакше, ніж 3D-друк на Землі. Чи потрібні додаткові заходи для того, щоб нитка була правильно видавлена ​​на друкарський шар або під час інших етапів?

Швидше за все, у 3D-принтерах, які використовуються на МКС, немає певної принципової різниці, яка дозволяє їм друкувати з нульовою гравітацією.

Деякі люди на сайті 3Dprint.com поставили дуже схоже запитання і зрозуміли, що, переводячи 3D-принтер догори дном і на його сторону:

взагалі немає великої різниці. Цікаво побачити, як орієнтація мало впливає на якість.

Одна з ранніх моделей 3D-принтерів - принтер Bukito - продемонструвала, що їх принтер настільки портативний, що він може друкувати навіть у ході, і вниз .

Іншими словами, деякі споживчі 3D-принтери вже друкують догори ногами, і тому вони, ймовірно, також друкують з нульовою гравітацією!

(Це все одно коротка історія. Подивіться на пост Райана, який дає чудовий опис більш складних частин космічного друку!)

Щоб відповісти на ваше запитання, ви повинні розглянути, як розплавлена ​​нитка прилипає до друкарської форми та до інших шарів, і якщо гравітація впливає на те, як вона прилипає. Відповідь полягає в тому, що гравітація не має жодного реального впливу на стійкість нитки. Натомість пластикові зв’язки з поверхнею друкарського шару, а потім наступні шари плавкі з попереднім шаром. Гравітація також не впливає на те, як подається нитка, або як рухаються ремені та шестірні. Деякі тримачі рулонів з нитки можуть не використовуватись, якщо вони не затискають рулон, а принтер також потрібно затиснути. Але, можливо, дивно, що насправді немає нічого іншого, що потрібно зробити інакше, щоб принтер працював у просторі.

Перше велике питання, яке стосується простору - це якість повітря. Ви не можете просто відкрити вікно, щоб вивести розплавлений запах ABS з МКС!

Принтери FFF гасять пари та наночастинки. На космічній станції одне і те ж повітря переробляється знову і знову, і системи очищення повітря мають специфічний набір забруднень, для яких вони оптимізовані, а також проектну потужність для обороту повітря та швидкості видалення хімічних речовин, які не підлягатимуть коригуванню тільки тому, що сьогодні хтось друкує космічну храповину. Захист якості повітря в салоні - це величезний фактор дизайну для будь-якого експерименту, який проходить у космос.

На сьогоднішній день експерименти з друку виготовлені на МКС були проведені в одній з камер вакуумного експерименту, тому будь-які нефільтровані випари (або спалахи пожежі) при необхідності можна було провітрити безпосередньо в космос. З часом це не спрацює - для інших експериментів може знадобитися вакуумна камера, або "виробничі" принтери можуть бути занадто великими, щоб вмістити їх. Тому принтер повинен мати власну внутрішню систему очищення повітря.

Ще одним основним обмеженням дизайну є виживання при запуску. Корисні навантаження ракети повинні бути розроблені для надзвичайних сил g без 1) пошкодження або 2) значного внутрішнього зміщення маси, яке вплине на центр ваги корисної навантаження.

Тут також досить важлива загальна вага корисного вантажу: підняття маси на низьку орбіту Землі є ДУШЕ.

Дивно, але саме середовище мікрогравітації не така вже й велика справа. Розплавлений пластик відрізняється високою в'язкістю і майже залишається там, де ви покладете його досить довго, щоб затвердіти, доки він щось прилипає. Але на думку приходять два наслідки.

• По-перше, незахищена котушка нитки спробує розкрутити себе. Гравітація не забезпечить контактне тертя, на яке ми зазвичай покладаємося, щоб уберегти котушки від пташиного гніздування. (Подумайте над цим: щільно намотана котушка - це буквально гігантська котушка-пружина.)
• По-друге, теплові потоки відрізняються мікрогравітацією - ви не можете розраховувати на пасивну конвекцію для охолодження друку або двигунів. Приміщення повинно бути забезпечене для достатнього примусового потоку повітря і відведення тепла на все, що вимагає охолодження. І це стосується самого корпусу, оскільки, як було сказано вище, друкована камера повинна бути герметично закрита для контролю якості повітря.

Нарешті, надійність є критичною. Amazon поки не доставляє на МКС. Навіть один позбавлений гвинт може позбавити принтер від експлуатації протягом місяців, поки заміна деталі не зможе вписатися в майбутній запуск поставки. Загоріння принтера, бо щось коротке було б катастрофічним.

Тож насправді все полягає в тому, щоб зробити принтер достатньо надійним, щоб зробити його там, працювати безпечно і ніколи не ламатися. Друк догори дном - порівняно тривіально.