چاپ سه بعدی فولاد در ایستگاه فضایی بین المللی بلند می شود

فولاد در 30 مه 2024 زمانی که یک چاپگر فولادی سه بعدی اولین قطعه فولادی خود را در ایستگاه فضایی بین المللی چاپ کرد، وارد عصر فضا شد.

همین چند هفته پیش، در پایان ماه مه ۲۰۲۴، یک چاپگر فلزی سه بعدی در ماژول آزمایشگاه کلمبوس آژانس فضایی اروپا (ESA) در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) انقلابی در تولید در مدار ایجاد کرد. برای اولین بار خارج از این جهان، یک منحنی کوچک از فولاد ضد زنگ مایع ایجاد کرد و ثابت کرد که تولید افزودنی های فولادی سه بعدی، فرآیند ساخت یک شی یک لایه در یک زمان، می تواند در فضا انجام شود.

"این منحنی S یک خط آزمایشی است که با موفقیت راه اندازی چاپگر سه بعدی فلزی ما را به پایان می رساند،" افسر فنی ESA ، راب پوستما توضیح داد. موفقیت این چاپ اول، همراه با سایر خطوط مرجع، ما را آماده چاپ قطعات کامل در آینده نزدیک می کند.»

چاپگرهای سه بعدی مبتنی بر پلیمر مدتی است که اشیاء پلاستیکی را در ایستگاه فضایی بین المللی چاپ می کنند، اما چاپ فلز چالش بزرگتری بود زیرا شامل دما و لیزر بسیار بالاتری برای ذوب فلز است. با استفاده از این چاپگر فولادی، یک سیم فولادی ضد زنگ به ناحیه چاپ وارد می شود و سپس توسط یک لیزر پرقدرت گرم می شود که حدود یک میلیون برابر قوی تر از یک نشانگر لیزری استاندارد است. با ذوب شدن سیم، فولاد ضد زنگ به شکل دلخواه چاپ می شود.

چاپگر فولادی سه بعدی توسط کنسرسیومی متشکل از Airbus Defence and Space، AddUp، دانشگاه Cranfield و Highftech Engineering، تحت برنامه ای که توسط ESA تامین می شود، توسعه یافته است.

اول ایمنی

محافظت از ایستگاه فضایی بین المللی در برابر محیط چاپ تهاجمی ناشی از لیزر و گرمای تولید آن در ابتدا یک مشکل بود، سباستین گیرو، مهندس سیستم چاپگر سه بعدی فلزی در ایرباس گفت. چاپگر در یک جعبه فلزی مهر و موم شده قرار دارد که مانند گاوصندوق عمل می کند. نقطه ذوب آلیاژهای فلزی سازگار با این فرآیند می تواند بسیار بیش از 1,200 درجه سانتیگراد باشد، در مقایسه با حدود 200 درجه سانتیگراد برای پلاستیک، که به معنای کنترل حرارتی شدید است.

"مدیریت جاذبه نیز کلیدی است، به همین دلیل است که ما فناوری چاپ مبتنی بر سیم را انتخاب کردیم. سیم مستقل از گرانش است، برخلاف سیستم مبتنی بر پودر که همیشه باید روی زمین بیفتد.

با غلبه بر این مانع، استحکام، رسانایی و استحکام فلز فرصت های بزرگی را برای چاپ سه بعدی در فضا باز می کند.

چاپ در فضا و کنترل از زمین

این چاپگر که تقریبا به اندازه یک اجاق مایکروویو است، توسط اپراتورهای روی زمین در مرکز پشتیبانی کاربر CADMOS در فرانسه کنترل می شود. تنها کاری که خدمه ISS باید انجام دهند این است که یک دریچه نیتروژن و تهویه را باز کنند تا چاپ شروع شود.

برای آزمایش امکانات چاپگر فولاد ضد زنگ در فضا، ابتدا چند شکل از پیش تعیین شده را چاپ می کند که سپس به زمین بازگردانده می شوند تا بتوان آنها را با کیفیت چاپ و عملکرد همان چاپ های انجام شده روی زمین با گرانش معمولی مقایسه کرد. دانشمندان داده های آزمایش های انجام شده در فضا و زمین را با هم مقایسه خواهند کرد تا بفهمند چگونه فرآیند و فلز تحت تأثیر ریزگرانش قرار می گیرند.

دو مورد از این قطعات چاپ شده در آزمایشگاه مواد و اجزای الکتریکی در ESTEC در هلند مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند تا به ما کمک کنند تا بفهمیم آیا ریزگرانش طولانی مدت بر چاپ مواد فلزی تأثیر دارد یا خیر. دو مورد دیگر به مرکز فضانوردی اروپا و دانشگاه فنی دانمارک، DTU خواهند رفت.» مهندس مواد ESA Advenit Makaya از اداره فناوری، مهندسی و کیفیت ESA فاش کرد.

ایجاد اقتصاد دایره ای در فضا

ESA قصد دارد از چاپگر سه بعدی فولاد ضد زنگ برای کمک به ایجاد یک اقتصاد دایره ای در فضا استفاده کند. برای افزایش عمر تجهیزات فضایی و بهینه سازی منابع، امیدوار است که پس از بهره برداری کامل از آن برای چاپ قطعات و ابزارهای مورد نیاز در مدار استفاده شود و از نیاز به تحویل آنها توسط موشک از زمین جلوگیری شود.

"فلز سه بعدی در چاپ فضایی یک قابلیت امیدوارکننده برای حمایت از فعالیت های اکتشافی آینده است، اما همچنین فراتر از آن، برای کمک به فعالیت های فضایی پایدارتر، از طریق تولید، تعمیر و شاید بازیافت سازه های فضایی، برای طیف گسترده ای از کاربردها. این شامل تولید و مونتاژ زیرساخت های بزرگ در مدار، و همچنین اسکان طولانی مدت انسان در سیاره است. این جنبه ها تمرکز های کلیدی در ابتکارات متقابل فناوری آینده ESA هستند.

ای کاش پیشگامان اولیه فولاد می توانستند ببینند که این فلز به معنای واقعی کلمه و مجازی تا کجا پیش رفته است!