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再生塑料機(jī)遨游太空零件“自制造”

發(fā)布時間：2015-01-19 10:03:41

3D打印不僅在地球上努力進(jìn)入主流應(yīng)用，還脫離了地球進(jìn)入外太空。宇航員們正在國際空間站掀起一股3D打印風(fēng)暴。如果美國航空航天局NASA的添加制造項目按計劃進(jìn)行，用不了多久，就能完成比在太空中制造扳手和備件更復(fù)雜更精彩的生產(chǎn)。
　　
　　在太空中3D打印的第一個物件是3D打印機(jī)本身的一個備件。這是一個擠出機(jī)外殼，印上了打印機(jī)生產(chǎn)商的名稱“MadeIn Space”以及NASA標(biāo)識。隨后很快又為擠出機(jī)外殼打印了一塊側(cè)板。

再生塑料機(jī)遨游太空零件“自制造”

　　NASA的3D打印項目經(jīng)理NikiWerkheiser說，第一次打印時，"制品需要有意義，能夠從中獲得測試數(shù)據(jù)。"
　　
　　"這類事情或許對普通人來說顯得枯燥無味。但卻是我們首次在太空中加熱并擠出塑料。哪怕徹底失敗了，打印出亂七八糟的一團(tuán)東西（我們知道不會），如果我們沒有飄在空間站里嘗試過，是不會明白這一點的。空間站是唯一可以提供微重力的實驗室平臺。"
　　
　　自從11月24日首次成功打印以來，宇航員們開始嘗試更大、更好、也更容易辨識的物件，包括一個棘輪扳手。棘輪扳手的圖紙在一周時間內(nèi)被設(shè)計出來，經(jīng)過批準(zhǔn)后送入太空，花了約四小時就打印出來，耗材是ABS7006長絲。這是對NASA的按需3D打印能力的真正考驗。
　　
　　3D打印項目是NASA與總部位于加州的MadeInSpace公司簽訂的價值140萬美元的小企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)計劃合約，第一階段是測試宇航員在微重力環(huán)境下生產(chǎn)自用零件和工具的可行性。
　　
　　把添加制造技術(shù)帶入太空最終將能最大程度減少從地球攜帶零部件和工具進(jìn)入太空，節(jié)省高昂的太空運載成本（每公斤10000美元），并提高空間站的自給自足能力。這階段打印的試件、零件和工具最終將被帶回地球，與地面上用同一臺打印機(jī)打印的同一種物件做比較。
　　
　　Werkheiser說："我們將把所有樣件帶回地球，與地面對照品進(jìn)行比較。我們還將通過視頻做初步分析。我們發(fā)現(xiàn)表面積較大的零部件，不太容易取出。我們需要研究這是否真的是由微重力所致。雖然地面上也有這樣的情況，但在運行軌道上發(fā)生頻率更高一些。"
　　
　　他指出，盡管打印機(jī)生產(chǎn)出來是一模一樣的，但經(jīng)過發(fā)射和微重力后可能有所變化。"附著力無疑是我們的問題之一。"
　　
　　除了比較打印過程，太空中打印的零部件還要接受抗拉強(qiáng)度、扭矩和靈活性測試。測試結(jié)果將提供給MadeInSpace公司，幫助完善其下一代微重力3D打印機(jī)，預(yù)計將在今年初交付。
　　
　　該項目接下來還有其他很多事要做。"添加制造設(shè)備"（縮寫為AMF）現(xiàn)已投入開發(fā)，提供給空間站的下一代3D打印機(jī)將是Made In Space公司根據(jù)眾多用戶的體驗所總結(jié)的經(jīng)驗而生產(chǎn)的商用打印機(jī)。
　　
　　Werkheiser在描述太空國家實驗室的情形時說："這將成為他們自己的打印機(jī)，而NASA將成為他們的客戶之一。其他實體、高校、行業(yè)、地面上的任何人，都將能獲得在空間站里3D打印的體驗。"
　　
　　Made In Space公司把這比喻為"太空中永久的生產(chǎn)車間”。
　　
　　他說："當(dāng)然它將為宇航員所用，用于實驗用途。但Made in Space公司還將推出商用版。任何想在空間站上做實驗的人都能加入這一隊列。"
　　
　　Werkheiser說，新系統(tǒng)要比原來微波爐大小的3D打印機(jī)更大一些，還將具備多材料能力，最有可能從PEEK和Ultem開始著手，歸功于其高強(qiáng)度、高安全性評級和卓越的熱屬性。
　　
　　她說："Ultem已被用于生產(chǎn)各種艙外活動或太空漫步工具。雖然在太空中打印的質(zhì)量還存在未知性，但到目前為止一切順利。"
　　
　　其他項目
　　
　　把更強(qiáng)大的打印機(jī)送到從未有打印機(jī)留下足跡的地方，這并不是Made In Space公司與NASA合作的所有內(nèi)容。
　　
　　在2014年初，美國政府就簽訂了兩份合約，每份價值125000美元，簽約方分別為Made In Space公司和華盛頓州的Tethers UnlimitedInc.公司，其目標(biāo)是開發(fā)一臺再生機(jī)器，回收3D打印塑料件或其他塑料，并將其再生成為可用的原料。Werkheiser說，該計劃力爭在2016年把一臺再生技術(shù)演示用機(jī)送上太空。
　　
　　她說："兩家公司已經(jīng)把再生機(jī)器生產(chǎn)出來，并在地面上把不同的材料再生為長絲。"
　　
　　該計劃的目標(biāo)在于提高可持續(xù)發(fā)展能力：把包裝材料，如泡沫、薄膜袋和氣泡紙變?yōu)榭稍儆玫脑匣蚶?D打印的原料，最大程度減少再供給的需求。
　　
　　Lowery和MadeInSpace公司對其ABS再生系統(tǒng)R3-DO的細(xì)節(jié)守口如瓶，但其熱情態(tài)度溢于言表。
　　
　　他說："這無疑是實現(xiàn)優(yōu)化和提高資源利用的一項重要舉措。如果3D打印機(jī)成為太空中的標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合材料再生，有望在太空中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，并在很大程度上擴(kuò)大探索。"
　　
　　Tethers Unlimited公司已宣布了其太空再生計劃Positrusion，還對地面應(yīng)用做出了設(shè)想。
　　
　　該公司在去年的項目建議書中寫道："這項擬議將開發(fā)一種長絲擠出機(jī)，采用名為Positrusion的全新擠出工藝，在地面完成設(shè)計，可直接利用任意形狀的ABS塑料廢片優(yōu)化生產(chǎn)小批量的正控制圓長絲，同時達(dá)到空間站的操作要求。該機(jī)先烘干進(jìn)料并脫氣，然后通過模頭融化和擠出，冷卻擠出型材的橫斷面尺寸和送料速度將通過連續(xù)模擬閉模成型加以嚴(yán)格控制。"
　　
　　"Positrusion工藝不適用于高產(chǎn)量的工業(yè)用途，但日益壯大的家用和辦公用3D打印機(jī)用戶中有很大一部分會產(chǎn)生興趣，可幫助他們有效實施自立的3D打印機(jī)材料再生。"
　　
　　地球上存在的塑料問題，比如閉環(huán)生產(chǎn)，有可能在太空中找到解決辦法。
　　
　　而NASA/Made In Space合作項目在接下來面臨的太空3D打印的最大問題，將與地面上設(shè)計人員所遇到的問題截然相反。
　　
　　在國際空間站中沒有上下移動，四面墻都可以使用。
　　
　　Werkheiser說："如果你使用四個打印托盤在所有四個方向打印會發(fā)生什么？微重力環(huán)境是否能消除在重力下打印所產(chǎn)生的鎖邊和凹陷？""想到我們在微重力環(huán)境下能夠設(shè)計出重力下無法想象的新事物真是很有趣。"
　　
　　她說，但這需要設(shè)計師們轉(zhuǎn)換思路，要找出必須添加什么，剔除不需要的設(shè)計元素。
　　
　　她說："除技術(shù)本身外，我們對建立新的設(shè)計師和開發(fā)者群體也很感興趣。"
　　
　　NASA將把其專為太空設(shè)計的物品的CAD文件公開提供，讓地球上的每個人都能自行將它們3D打印出來。
　　
　　Werkheiser說："我不認(rèn)為我們將會顛覆3D打印的整個概念，但在使之更適用于高優(yōu)化、可復(fù)現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步方面，毫無疑問我認(rèn)為我們正在做出重要貢獻(xiàn)。"
　　
　　Lowery說，MadeInSpace正在認(rèn)真考慮太空即用型塑料設(shè)計的未來發(fā)展，向當(dāng)前和未來的塑料行業(yè)以及更廣闊的領(lǐng)域發(fā)起了挑戰(zhàn)。
　　
　　他說："我們將交付一種前所未有的平臺，把CAD軟件推向從未企及的高度，并把這種能力提供給普通大眾。"
　　
　　"我們已經(jīng)在太空中建立了生產(chǎn)車間，我希望大家與我們一起推動行業(yè)發(fā)展。我們已經(jīng)拿到了鑰匙，讓我們用鑰匙開啟未來。找出一切新的可能性。"

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