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欧洲航天局(ESA)推动采用立体光刻3D打印技术生产太空金属零件

 

奥地利工程公司和OEM初创公司Incus已与欧洲航天局(ESA)建立合作伙伴关系,探索如何处理月球表面可用的废金属用于制造月球站3D打印备件。

陶瓷3D打印专家Lithoz和德国航天技术集团(OHB)也将参与这个为期18个月的项目。在此期间,合作伙伴将在微重力环境中共同开发和测试Incus基于光刻的金属制造(LMM)3D打印技术,并评估处理月球表面可用废金属以生产高质量零件的可行性。

自给自足的备件供应能力促使欧空局调查从生产废料和报废部件中提取的现有月球表面材料的使用和再利用可能性。能够使用这些资源为月球航天器等制造备件,可以显著降低来自地球的货运任务的成本和数量,同时最大限度地减少生产浪费。

基于LMM工艺的3D打印材料

Incus基于光刻的LMM金属3D打印工艺,根据光聚合原理生产高精度零件生坯,其原料为金属粉末和光敏聚合物的混合体。通过掩模曝光,可以精确快速地成型整个层面,聚合物粘结剂选择性的在局部交联,将金属粉末粘结在一起;打印完的生坯经历脱脂和烧结后可以形成致密化的零件。Incus的技术能够处理“不可焊接”金属,粉末颗粒的尺寸可小至20 m。

该工艺所生产的零件具有与金属注射成型制造的零件相似的材料特性和“出色”的表面质量。现在,通过与ESA、Lithoz和OHB的最新合作,将在微重力环境中探索该工艺生产空间站或月球站备件的使用潜力。

通过LMM工艺生产的3D打印部件

Incus的LMM技术被选择用于该项目,因为它能够从回收的金属废料中生产备件。合作伙伴希望这种能力可以潜在地利用月球上可用的废金属回收粉末,该项目将测试LMM技术在太空中的使用能力。

除此之外,LMM工艺使用糊状物或悬浮液作为原料,不依赖于使用高度球形的气体雾化粉末或支撑结构,与此同时,打印的组件不需要复杂的后处理过程,增加了工艺的易用性。

Lithoz材料开发主管表示,Incus和Lithoz开发的光刻技术允许将高精度3D打印与高性能金属和陶瓷相结合,同时仍然保持极高的资源效率。虽然这些技术在地球上能够成功应用,但该项目对于填补技术空白和在太空环境中实施增材制造至关重要。

通过LMM工艺生产的3D打印部件

该项目的最终目标是评估如何通过LMM技术处理月球表面可用的废金属,以在零废物过程中生产高质量零件。在18个月的时间里,合作伙伴将探索太空环境的限制(例如金属粉末可能被月球尘埃污染)如何影响打印过程。

该项目还将评估杂质对烧结和打印部件最终微观结构的影响,以确定微重力下LMM工艺的最佳粘结剂含量和类型。通过这种方式,合作伙伴将寻求在空间中为备件生产开发可持续的制造链。

OHB系统载人航天系统的相关人员表示,“通过利用现有的月球表面材料和回收月球基础废金属来减少我们对地球的依赖是保证可持续定居的唯一解决方案。该项目和LMM工艺便是为此进行的探索,并有机会获得成功。”

END

近年来,多个国家航天机构在寻求在月球上建立永久存在时,增加了对增材制造的兴趣。因此,关于如何利用风化层等现场材料制造相关结构的研究工作已经升级。

来自布伦瑞克技术大学的科学家探索了在零重力下使用月球风化层进行3D打印的可能性;而美国建筑公司ICON近期获得了NASA的合同,以开发太空结构3D打印机;俄罗斯航天局已经试验了由月球材料制成的3D打印结构;美国宇航局正在进行采用月球风化层3D打印建筑结构的可行性。

未来,中国也将建立月球永久基地,而此前由嫦娥五号带回的月壤将成为我国开展相关3D打印研究的重要基础。

 
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