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NASA:為用于太空任務(wù)的激光器,3D打印安裝支架

3D打印動(dòng)態(tài)
2022
07/02
22:55
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評(píng)論
本帖最后由 可可小熊 于 2022-7-2 23:00 編輯

2022年7月2日,南極熊獲悉,,SpaceX的第25次商業(yè)補(bǔ)給服務(wù) (CRS-25) 任務(wù)將為國(guó)際空間站 (ISS) 的工作人員提供新的科學(xué)研究支持,、補(bǔ)給和設(shè)備,其中包括3D打印的電鍍支架,。這個(gè)支撐部件是由美國(guó)宇航局制造的,,用于安置新的激光器,以確定其星上巖石的年齡,。進(jìn)入國(guó)際空間站后,,研究人員還會(huì)對(duì)3D打印部件進(jìn)行測(cè)試,包括將其暴露于外太空等操作,。


尺寸小性能高的激光器
在馬里蘭州美國(guó)宇航局 Goddard Space Flight Center 最近發(fā)表的一篇文章中,,該機(jī)構(gòu)談到了此次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和國(guó)際空間站正在進(jìn)行的工作,以及3D打印將對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展產(chǎn)生的作用和影響,。根據(jù)該機(jī)構(gòu)在《CuttingEdge 2022 年春季刊》上發(fā)表的內(nèi)容,,Goddard 物理學(xué)家Barry Coyle開(kāi)發(fā)的激光填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白,為未來(lái)的行星任務(wù)提供了一種強(qiáng)大而小巧的輕量級(jí)工具,,可以探索其他行星的形成方式,。此外,這個(gè)手掌大小的激光器對(duì)于小型漫游車和著陸器至關(guān)重要,,可減少任務(wù)預(yù)算,。

Coyle對(duì)激光的興趣可以追溯到1980 年代,當(dāng)時(shí)他在South Carolina的Charleston大學(xué)中物理學(xué)教授Fred Watts的激光實(shí)驗(yàn)室工作,,覺(jué)得激光很難,。他在2021年10月,于Goddard研究其他太空激光器時(shí),,在美國(guó)宇航局的一篇帖子中思考過(guò)為什么將激光組裝在一個(gè)地方對(duì)生產(chǎn)和成本效率如此重要的原因,。在地球科學(xué)激光高度計(jì)系統(tǒng)(GLAS)推出后不久,Coyle就產(chǎn)生了就地制造激光器的想法,,該激光系統(tǒng)是第一個(gè)用于連續(xù)全球觀測(cè)地球的激光測(cè)距儀器,。

Coyle指出:“在 NASA之外生產(chǎn)太空飛行激光系統(tǒng)既昂貴又低效,沒(méi)有什么能像3D打印那樣節(jié)省時(shí)間,、能源和成本,,使用3D打印技術(shù)能夠大大簡(jiǎn)化制造過(guò)程和裝配過(guò)程,使其成為新型“小巧”激光器等定制部件的理想解決方案,。


△手掌大小的激光器通過(guò) Form 3 上打印的電鍍支架(銀色)連接到安裝區(qū)域,。圖片由美國(guó)宇航局Goddard Space Flight Center提供。

3D打印激光器的安裝支架
與Curiosity 和Perseverance火星探測(cè)器上的大型激光器不同,此款新的激光器非常適合小樣本觀測(cè),。激光能夠通過(guò)將巖石中的分子分離成原子來(lái)測(cè)量巖石樣品的成分,。然而,激光器需要有一個(gè)正確合理的連接和安裝位置,,才能正常工作,。這就是3D打印的用武之地了。工程師使用3D技術(shù)快速開(kāi)發(fā)和改進(jìn)了激光器的安裝連接部分,。

為了制作安裝支架,,NASA使用了Formlabs的Form 3立體光刻 (SLA) 平臺(tái)和該品牌的 Rigid 10K Resin,這是一種玻璃填充材料,,是Formlabs工程產(chǎn)品組合中硬度最高的材料,,可用于制造承受大量載荷而不彎曲的精密工業(yè)零件,它可以呈現(xiàn)出光滑的啞光效果,,并且具有很高的耐熱性和耐化學(xué)性,。接下來(lái),Goddard的NASA工程師依靠nTopology生成設(shè)計(jì)軟件為支架提供有機(jī)支撐設(shè)計(jì),,最大限度地提高承載能力,。然后,他們與 Formlabs 打印商合作,,優(yōu)化支架設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)最大強(qiáng)度,。



根據(jù)Goddard工程師 Matthew Mullin的說(shuō)法,“能夠與專業(yè)領(lǐng)域的人合作設(shè)計(jì)制造3D打印激光零件,,真的很令人興奮,。與傳統(tǒng)加工相比,3D打印可以更快地完成不同的設(shè)計(jì),,并且成本顯著降低,。像這樣的3D打印激光組件曾經(jīng)是由輕質(zhì)金屬定制銑削而成;現(xiàn)在,,先進(jìn)的制造技術(shù)可以縮短制造時(shí)間和成本,。

最終打印部件制造完成后,該團(tuán)隊(duì)將其樹(shù)脂打印品發(fā)送給位于馬里蘭州的專業(yè)公司RePliForm,,以實(shí)現(xiàn)外層電鍍,。電鍍Rigid 10K Resin 打印部件可以增加零件的強(qiáng)度并減少了部件排放的廢氣量,,使部件比相同應(yīng)用的傳統(tǒng)機(jī)加工部件輕得多,。此外,得益于3D 打印,,Goddard 團(tuán)隊(duì)可以在比竄通加工過(guò)程更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì),、打印、迭代和重新設(shè)計(jì)。


△SpaceX  Dragon飛船,。圖片由美國(guó)宇航局Goddard Space Flight Center提供,。

該激光器將于2022 年7 月14日之前在 CRS-25 任務(wù)中從佛羅里達(dá)州 NASA 的肯尼迪航天中心發(fā)射,搭載SpaceX的robotic Dragon太空艙和獵鷹9號(hào)火箭,。CRS-25 將履行SpaceX和NASA之間正在進(jìn)行的貨運(yùn)合同的一部分,,是這艘特飛船的第三次任務(wù)。


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