泰勒大學研發(fā)可移動龍門型3D打印機,，計劃用于火星任務

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

與其他僅限于單點生產(chǎn)的外星棲息地建設平臺不同，該團隊的“移動龍門”安裝在輪子上,，使其能夠穿越行星表面并按需打印,。由于該設備具有靈活性，以及機器的“無軌龍門架”布局,，它的創(chuàng)造者說它可以適用于火星基地的“連續(xù)建造”,。

△泰勒大學的“Mud Dauber”移動龍門 3D 打印機原型。圖片來自泰勒大學

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

但是,，隨之而來的外星任務中也同樣出現(xiàn)了各種棘手問題,。問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,。如果將設施建在陸地上，并發(fā)射到月球或火星著陸點,，它們的發(fā)射成本將是天文數(shù)字,，并且會限制定居人口的增長。

同樣,，使用傳統(tǒng)的制造方法在行星表面上建造,，會因為許多因素而變得困難重重，尤其是對于建筑材料的運輸是很大的麻煩。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,。至少從理論上講,，可以通過該技術(shù)處理月球風化層等資源，而且該技術(shù)特有的靈活性,，允許實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu),，方便運輸和組裝。

然而,，該團隊強調(diào)了現(xiàn)有的“固定基礎徑向臂”系統(tǒng)的缺點,，由于有限的范圍以及在構(gòu)建完成之前，無法在不同位置之間移動而受到阻礙,。雖然移動機器人和基于龍門的方法也非常有前景,，但工程師們說這些方法分別“限制了棲息地設計”和“有限的速度”。

△該機器的粗略定位（藍色）和精細定位（綠色）子系統(tǒng),，旨在實現(xiàn)數(shù)百米范圍內(nèi)的精密3D打印,。圖片來自泰勒大學

移動3D打印龍門架
為了克服當前建筑3D打印方法的局限性，泰勒大學團隊決定將移動和龍門單元背后的技術(shù)結(jié)合到一個系統(tǒng)中,。在設計中,，這意味著該機器能夠通過滾動創(chuàng)建X軸，然后使用棱柱接頭作為實現(xiàn)Y和Z軸運動的手段,，并最終在不依賴導軌的情況下進行打印,。

為了確保移動龍門不會因偏離軌道而導致錯誤，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,，未來該機器能夠無線操作,、快速更新并精確地創(chuàng)建高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)，同時可應對大部分表面的顛簸,。

“移動龍門架：火星上3D打印結(jié)構(gòu)的機器人架構(gòu)”論文中有詳細說明,，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): 304)

2022-5-4 10:24 上傳

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該“移動龍門架：火星上3D打印結(jié)構(gòu)的機器人架構(gòu)”論文中有詳細說明，該論文由Peter Staritz,、Caleb Miller ...

研究人員在原型設備中,，盡可能的實現(xiàn)了自己的設計想法，包括地形補償,、精細定位和3D打印子系統(tǒng),。在最初的測試中,，這種“移動龍門架”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雜的結(jié)構(gòu),。

隨著進一步的研發(fā)，工程師們相信他們的移動龍門系統(tǒng)有可能實現(xiàn)“平行建造”“具有巨大內(nèi)部體積”的站點,，和允許其擴展的錐形連接點,。該團隊還預計，在未來,，他們的機器人可適用于打包部署,，實現(xiàn)“更高質(zhì)量、更快地完成打印”的一種建筑方式,。

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

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