• en
  • de
2020-06-22

Druk 3D a branża kosmiczna

Istnieje wiele dziedzin przemysłowych i gospodarczych, a nawet artystycznych czy gastronomicznych, w których druk 3D jak najbardziej znajduje zastosowanie. Trzeba jednak podkreślić, że specjaliści technologii addytywnych wykorzystują je już nawet poza globem ziemskim. Prawdą jest, że druk 3D wkroczył już do branży kosmicznej. W jaki sposób i gdzie jest on wykorzystywany?

Do czego NASA wykorzystuje druk 3D?

 Specjaliści z centrów badawczych w NASA prowadzą prace, mające na celu wynalezienie tworzywa, które byłoby możliwe do zastosowania w przestrzeni kosmicznej. Trudno zwykłemu człowiekowi wyobrazić sobie, jak ekstremalne warunki występują w kosmosie. Nie ma tam atmosfery, a zamiast tego panuje próżnia. Kosmonauci pracują w warunkach ogromnych amplitud temperatur, przy wysokiej ekspozycji na promieniowanie. Zwykłe materiały – tworzywa sztuczne czy różne stopy metali, jakie wykorzystywane są z powodzeniem na Ziemi, w kosmosie szybko zostaną zniszczone. Dlatego NASA testowała wiele różnych tworzyw metalicznych, aby wytypować takie, które byłoby w pełni odporne na trudne warunki kosmiczne.

Jet Propulsion Laboratory, działające w strukturze NASA, stworzyło takie tworzywo z wykorzystaniem technologii addytywnych. Jak wydrukować w 3D materiał, który wytrzyma niebezpieczne promieniowanie i będzie odporny na skrajne temperatury? Otóż twórcy tworzywa metalicznego wydrukowali przestrzenną strukturę, która rzeczywiście ma takie cechy. Przebadali różne materiały do druku 3D, by wytypowane tworzywo miało wszystkie właściwości pozwalające mu znaleźć zastosowanie w technologii kosmicznej, m.in. w nowoczesnej produkcji skafandrów lub do izolowania statków kosmicznych.

Czy druk 3D przejdzie próbę w kosmosie?

Jak zaprojektować wydruk 3D, który nie zostanie natychmiast zniszczony w kosmosie przez ciśnienie, promieniowanie czy skrajne temperatury? Naukowcy z NASA w odpowiedzi zaprezentowali trwałą strukturę uzyskanego tworzywa metalicznego, która wykonana jest z połączonych, kwadratowych płytek. Można ją przyrównać do rycerskiej kolczugi, jaką nosili średniowieczni rycerze.

Co ciekawe, tworzywo to nie zostało zespolone z pojedynczo drukowanych na drukarkach 3D elementów, ale całość uzyskano w procesie produkcji z zastosowaniem technik przyrostowych. Drukowanie 3D z materiałów przeznaczonych do użycia w przestrzeni kosmicznej, pozwala na wypracowanie wielu oszczędności i stworzenie czegoś nowego, co być może przyspieszy eksploatację kosmosu dla przyszłych pokoleń.

NASA opracowała materiał wytrzymały, który jest w stanie utrzymywać stabilność bez względu na niewyobrażalną amplitudę temperatury i promieniowanie kosmiczne. Jego nielinearna konstrukcja daje możliwość zginania materiału bez uszkodzeń. Jest odporny na rozciąganie, ale również na uszkodzenia mechaniczne, co ma niebagatelne znaczenie w produkcji odzieży ochronnej dla astronautów czy elementów ochrony sond przed meteoroidami.

Materiały do kosmicznego drukowania w 3D

Technologie addytywne są wykorzystywane w różnych branżach, m.in. w lotnictwie czy w wojsku. Jednak właśnie w przypadku branży kosmicznej ich stosowanie jest bardzo pożądane.

Czytaj także: Potencjalne zastosowanie druku 3D w wojsku

Materiały do druku 3D są w stanie spełnić wysokie standardy i restrykcyjne wymogi. Precyzja wykonania jest bardzo wysoka. Możliwe było jej uzyskanie dzięki wdrożeniu metod łączenia metalicznych materiałów czynnych. Stapia się je następnie w głowicy drukarki 3D z użyciem wiązki elektronów lub lasera: EBM - Electron-Beam Melting, DMLM - Direct Metal Laser Melting. To dzięki tym technikom uzyskuje się ultra cienkie warstwy stopu i odporne łączenia, przy zachowaniu zwartości struktury narażonej w kosmosie na wysokie obciążenia.

Inną kwestią są materiały do druku 3D, które wykorzystywane są bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej powstają już pierwsze wydruki 3D przy użyciu drukarki Print 3D. Ta kosmiczna drukarka jako materiały do druku wykorzystuje polimery, metale, kompozyty i tym podobne. Dzięki technologiom addytywnym i odpowiednim materiałom można zaoszczędzić sporo na dostawach na orbitę niezbędnych części i przedmiotów. Zamiast sprowadzać je z Ziemi w kolejnych drogich misjach transportowych, można je przecież wykonać na miejscu. Rozważając kwestię zastosowanie w przestrzeni kosmicznej druku 3D - czy się opłaca? W takim wymiarze jak najbardziej! Tym bardziej, że przygotowanie modelu do druku 3D można przeprowadzić także w stacji kosmicznej, przy użyciu komputera.