泰勒大學(xué)研發(fā)可移動(dòng)龍門(mén)型3D打印機(jī),，計(jì)劃用于火星任務(wù)

2022年5月4日,，南極熊獲悉,，泰勒大學(xué)的工程師開(kāi)發(fā)了一種3D打印機(jī),，據(jù)說(shuō)它能夠比其他系統(tǒng)更快地建造外星殖民基地,。

與其他僅限于單點(diǎn)生產(chǎn)的外星棲息地建設(shè)平臺(tái)不同,，該團(tuán)隊(duì)的“移動(dòng)龍門(mén)”安裝在輪子上,，使其能夠穿越行星表面并按需打印。由于該設(shè)備具有靈活性,，以及機(jī)器的“無(wú)軌龍門(mén)架”布局,，它的創(chuàng)造者說(shuō)它可以適用于火星基地的“連續(xù)建造”。

△泰勒大學(xué)的“Mud Dauber”移動(dòng)龍門(mén) 3D 打印機(jī)原型,。圖片來(lái)自泰勒大學(xué)

為火星殖民做準(zhǔn)備  
近年來(lái),，世界各地的航天機(jī)構(gòu)和承包商，都開(kāi)始加快為新的星際探索任務(wù)做準(zhǔn)備,。不僅包括美國(guó)宇航局的阿耳忒彌斯計(jì)劃（2025計(jì)劃將人類送回月球）,，還包括由美國(guó)、中國(guó),、俄羅斯,、日本和印度等組織機(jī)構(gòu)，計(jì)劃將軌道飛行器和著陸器送往火星,。

但是,，隨之而來(lái)的外星任務(wù)中也同樣出現(xiàn)了各種棘手問(wèn)題。問(wèn)題之一是如何在太空寒冷的真空環(huán)境中建立永久的,、可居住的基地,。如果將設(shè)施建在陸地上，并發(fā)射到月球或火星著陸點(diǎn),，它們的發(fā)射成本將是天文數(shù)字,，并且會(huì)限制定居人口的增長(zhǎng)。

同樣,，使用傳統(tǒng)的制造方法在行星表面上建造,，會(huì)因?yàn)樵S多因素而變得困難重重，尤其是對(duì)于建筑材料的運(yùn)輸是很大的麻煩,。因此3D打印作為一種替代方法已經(jīng)成為了最有效的解決方案之一,。至少?gòu)睦碚撋现v，可以通過(guò)該技術(shù)處理月球風(fēng)化層等資源,，而且該技術(shù)特有的靈活性,，允許實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu),，方便運(yùn)輸和組裝。

然而,，該團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)有的“固定基礎(chǔ)徑向臂”系統(tǒng)的缺點(diǎn),，由于有限的范圍以及在構(gòu)建完成之前，無(wú)法在不同位置之間移動(dòng)而受到阻礙,。雖然移動(dòng)機(jī)器人和基于龍門(mén)的方法也非常有前景,，但工程師們說(shuō)這些方法分別“限制了棲息地設(shè)計(jì)”和“有限的速度”。

△該機(jī)器的粗略定位（藍(lán)色）和精細(xì)定位（綠色）子系統(tǒng),，旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)百米范圍內(nèi)的精密3D打印,。圖片來(lái)自泰勒大學(xué)

移動(dòng)3D打印龍門(mén)架
為了克服當(dāng)前建筑3D打印方法的局限性，泰勒大學(xué)團(tuán)隊(duì)決定將移動(dòng)和龍門(mén)單元背后的技術(shù)結(jié)合到一個(gè)系統(tǒng)中,。在設(shè)計(jì)中,，這意味著該機(jī)器能夠通過(guò)滾動(dòng)創(chuàng)建X軸，然后使用棱柱接頭作為實(shí)現(xiàn)Y和Z軸運(yùn)動(dòng)的手段,，并最終在不依賴導(dǎo)軌的情況下進(jìn)行打印,。

為了確保移動(dòng)龍門(mén)不會(huì)因偏離軌道而導(dǎo)致錯(cuò)誤，工程師們還為其配備了“本地定位系統(tǒng)”,，使其能夠確定打印頭的位置,、方向和速度。工程師們推測(cè),，未來(lái)該機(jī)器能夠無(wú)線操作,、快速更新并精確地創(chuàng)建高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可應(yīng)對(duì)大部分表面的顛簸,。

“移動(dòng)龍門(mén)架：火星上3D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)器人架構(gòu)”論文中有詳細(xì)說(shuō)明,，該論文由Peter Staritz、Caleb Miller和Josiah McClurg合著（下載論文,，獲取更多信息）,。

△ Mobile Gantry Architecture - engrXiv.pdf (547.11 KB, 下載次數(shù): 303)

2022-5-4 10:24 上傳

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該“移動(dòng)龍門(mén)架：火星上3D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)器人架構(gòu)”論文中有詳細(xì)說(shuō)明，該論文由Peter Staritz,、Caleb Miller ...

研究人員在原型設(shè)備中,，盡可能的實(shí)現(xiàn)了自己的設(shè)計(jì)想法，包括地形補(bǔ)償,、精細(xì)定位和3D打印子系統(tǒng),。在最初的測(cè)試中，這種“移動(dòng)龍門(mén)架”已被證明能夠穿越不平坦的地形,，并使用定位系統(tǒng),，將硫磺混凝土漿料擠壓成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

隨著進(jìn)一步的研發(fā),，工程師們相信他們的移動(dòng)龍門(mén)系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)“平行建造”“具有巨大內(nèi)部體積”的站點(diǎn),，和允許其擴(kuò)展的錐形連接點(diǎn),。該團(tuán)隊(duì)還預(yù)計(jì)，在未來(lái),，他們的機(jī)器人可適用于打包部署,，實(shí)現(xiàn)“更高質(zhì)量、更快地完成打印”的一種建筑方式,。

△作為“Project MOONRISE”的一部分開(kāi)發(fā)的車載激光3D打印機(jī)的概念圖,。圖片來(lái)自漢諾威激光中心

在其他地方，來(lái)自不倫瑞克工業(yè)大學(xué)和漢諾威激光中心的科學(xué)家也開(kāi)發(fā)了具有3D打印能力的月球車,。作為代號(hào)為“MOONRISE”的項(xiàng)目的一部分,，研究人員已經(jīng)設(shè)法將激光安裝到“MIRA3D”飛行器上，然后利用3D打印,，基于月球風(fēng)化層創(chuàng)建零重力結(jié)構(gòu)。