Makerbot 3D打印技術(shù)助力NASA的自主月球車設(shè)計(jì)

2021年9月23日，南極熊獲悉，美國國防承包商洛克希德-馬丁公司利用MakerBot 3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)和測試了人工智能驅(qū)動(dòng)的月球車構(gòu)件，這輛月球車可能會(huì)在美國宇航局重返月球的任務(wù)中部署。

利用MakerBot的METHOD X，洛克希德-馬丁公司的先進(jìn)技術(shù)中心（ATC）已經(jīng)能夠加快車輛的系統(tǒng)外殼和傳感器支架的研發(fā)。這些原型由ABS材料3D打印而成，可以承受從沙漠高溫到紫外線或濕氣暴露的所有條件，這也使它們成為研發(fā)能夠承受嚴(yán)酷太空環(huán)境的漫游車的理想工具。

洛克希德-馬丁航天公司的高級(jí)機(jī)械工程師亞倫-克里斯蒂安解釋說：" ATC的漫游車是我們內(nèi)部設(shè)計(jì)和開發(fā)的測試平臺(tái)。這種可負(fù)擔(dān)的模塊化測試平臺(tái)使我們能夠使用3D打印技術(shù)進(jìn)行快速修改，為其他應(yīng)用改變設(shè)計(jì)，無論是軍事、搜索和救援、核應(yīng)用以及僅僅是極端環(huán)境下的自主需求。自主車輛是探索月球表面的最佳方式，并將空間探索繼續(xù)到火星和其他地方。"

洛克希德-馬丁公司的ATC

為了探索"新一代"技術(shù)，洛克希德-馬丁公司與諸多3D打印公司都有過合作經(jīng)歷，用以促進(jìn)其航空航天項(xiàng)目的發(fā)展。就在去年，該公司開始與Relativity Space合作，開發(fā)能夠?qū)⒕哂袧撛谖ｋU(xiǎn)性的低溫管理系統(tǒng)發(fā)射到軌道上進(jìn)行測試的火箭。

為了解決空間軟件需求，該公司也曾與Sigma實(shí)驗(yàn)室及其PrintRite3D過程中質(zhì)量保證技術(shù)簽訂了合同。在其他領(lǐng)域，它也在尋求發(fā)展內(nèi)部技術(shù)水平，開設(shè)了一個(gè)價(jià)值3.5億美元的衛(wèi)星生產(chǎn)設(shè)施，配備了3D打印和 "虛擬沉浸環(huán)境"。

同時(shí)，在加州ATC，洛克希德-馬丁公司建立了一個(gè)規(guī)模相對(duì)較小的3D打印實(shí)驗(yàn)室，但它同樣具有不可低估的重要性。這套設(shè)施引進(jìn)MakerBot技術(shù)已經(jīng)有五年左右的時(shí)間了，他們的團(tuán)隊(duì)能夠在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中創(chuàng)建測試臺(tái)，以評(píng)估部件，然后再投入生產(chǎn)。

據(jù)稱，該公司通過在內(nèi)部制造這些模型，能夠以比外包更快、更便宜的方式迭代其設(shè)計(jì)，同時(shí)使其能夠更好地滿足其客戶的需求。

ATC的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理AlyssaRuiz說："現(xiàn)場3D打印有很大的好處。沒有它們，我們將不得不把零件送出去加工，這可能會(huì)延長交貨時(shí)間并增加成本。我們實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)有助于提高原型制作的效率，在交付零件的前提下還能保證交付時(shí)間和預(yù)算。"

△洛克希德-馬丁公司的先進(jìn)技術(shù)中心現(xiàn)在是MakerBot的METHOD X 3D打印機(jī)的所在地。照片來自MakerBot公司

METHOD X的使用

在最近采用METHOD X之后，ATC的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)δ猃執(zhí)祭w維和ABS材料進(jìn)行打印，并為通用汽車公司制作了一個(gè)越野車的生產(chǎn)套件。作為美國宇航局Artemis任務(wù)的一部分，這輛月球車將是完全自主生產(chǎn)的，它能夠探索更大范圍的月球表面并進(jìn)行更深入的科學(xué)研究。

為了確保他們的原型車足夠堅(jiān)固，能夠單獨(dú)完成如此漫長的任務(wù)，ATC團(tuán)隊(duì)因此開始3D打印模型，并將其暴露在月球條件下進(jìn)行測試。這輛車同樣采用了Stratasys公司生產(chǎn)的的SR-30可溶性支撐物結(jié)合，據(jù)說這些ABS部件具有足夠光滑的表面，具有完成任務(wù)所需的理想特性。

此外，工程師們需要優(yōu)化和迭代的一個(gè)部件是漫游車激光雷達(dá)探測系統(tǒng)的支架，這對(duì)其導(dǎo)航至關(guān)重要。通過MakerBot原型設(shè)計(jì)，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)成功地提出了一個(gè)模塊化的解決方案，它可以安裝不同的相機(jī)、天線或測距儀附件，并具有防止過熱的集成通道。

月球車的嵌入式電子外殼也一直在逐步使用3D打印技術(shù)來替代，以至于它能夠保護(hù)其脆弱的內(nèi)部零件不被跌落或摔壞。盡管研究團(tuán)隊(duì)表示，該探測器仍處于"早期開發(fā)階段"，但他們相信其研發(fā)背后的技術(shù)可以幫助降低成本，并在空間制造應(yīng)用中進(jìn)一步打開設(shè)計(jì)的可能性。

克里斯蒂安補(bǔ)充說："它（3D打�。�減少了月球車所需的緊固件數(shù)量和零件數(shù)量，這是一個(gè)巨大的成本節(jié)約。這也為將來在太空中的就地組裝打開了大門，因?yàn)槟阋呀?jīng)在地球上設(shè)計(jì)、打印并測試了這些部件�？梢灶A(yù)測，在將來的太空環(huán)境中我們可以3D打印出同樣的零件來使用，因?yàn)椴牧虾土慵�在的可行性已�?jīng)證明了。"

△一位工程師為漫游車的3D打印激光雷達(dá)支架原型建模。圖片來自MakerBot

METHOD X的高性價(jià)比

METHOD X旨在填補(bǔ)桌面和工業(yè)系統(tǒng)之間的市場空白，它已被越來越多地證明有能力生產(chǎn)密集型終端應(yīng)用的部件。去年1月，產(chǎn)品工程公司CALLUM引進(jìn)了該機(jī)器，來為阿斯頓-馬丁限量版3D打印原型、工具和小批量零件。

同樣，賽車工程公司Prodrive使用METHODX為其巴林Raid Xtreme車隊(duì)的Hunter T1車生產(chǎn)了30多個(gè)汽車部件，參加2021年的達(dá)喀爾拉力賽。由于疫情，車隊(duì)被迫精簡了T1的開發(fā)，但據(jù)說他們發(fā)現(xiàn)采用3D打印技術(shù)是快速制作零件原型和進(jìn)行維護(hù)的理想選擇。

在其他地方，推進(jìn)系統(tǒng)專家Triton空間技術(shù)公司也利用METHOD X進(jìn)行空間測試，去年為一個(gè)有著登月計(jì)劃的客戶3D打印了一個(gè)功能性閥門原型。這樣一來，他們能夠?qū)⑵浣回洉r(shí)間從幾天縮短到幾小時(shí)，同時(shí)更靈活地控制其生產(chǎn)過程。