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泰勒大學研發(fā)可移動龍門型3D打印機,計劃用于火星任務

國外
2022
05/04
10:30
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本帖最后由 冰墩熊 于 2022-5-4 10:32 編輯

2022年5月4日,南極熊獲悉,泰勒大學的工程師開發(fā)了一種3D打印機,據(jù)說它能夠比其他系統(tǒng)更快地建造外星殖民基地。

與其他僅限于單點生產(chǎn)的外星棲息地建設平臺不同,該團隊的“移動龍門”安裝在輪子上,使其能夠穿越行星表面并按需打印。由于該設備具有靈活性,以及機器的“無軌龍門架”布局,它的創(chuàng)造者說它可以適用于火星基地的“連續(xù)建造”。

△泰勒大學的“Mud Dauber”移動龍門 3D 打印機原型。圖片來自泰勒大學

為火星殖民做準備  
近年來,世界各地的航天機構和承包商,都開始加快為新的星際探索任務做準備。不僅包括美國宇航局的阿耳忒彌斯計劃(2025計劃將人類送回月球),還包括由美國、中國、俄羅斯、日本和印度等組織機構,計劃將軌道飛行器和著陸器送往火星。

但是,隨之而來的外星任務中也同樣出現(xiàn)了各種棘手問題。問題之一是如何在太空寒冷的真空環(huán)境中建立永久的、可居住的基地。如果將設施建在陸地上,并發(fā)射到月球或火星著陸點,它們的發(fā)射成本將是天文數(shù)字,并且會限制定居人口的增長。

同樣,使用傳統(tǒng)的制造方法在行星表面上建造,會因為許多因素而變得困難重重,尤其是對于建筑材料的運輸是很大的麻煩。因此3D打印作為一種替代方法已經(jīng)成為了最有效的解決方案之一。至少從理論上講,可以通過該技術處理月球風化層等資源,而且該技術特有的靈活性,允許實現(xiàn)模塊化結構,方便運輸和組裝。

然而,該團隊強調(diào)了現(xiàn)有的“固定基礎徑向臂”系統(tǒng)的缺點,由于有限的范圍以及在構建完成之前,無法在不同位置之間移動而受到阻礙。雖然移動機器人和基于龍門的方法也非常有前景,但工程師們說這些方法分別“限制了棲息地設計”和“有限的速度”。

△該機器的粗略定位(藍色)和精細定位(綠色)子系統(tǒng),旨在實現(xiàn)數(shù)百米范圍內(nèi)的精密3D打印。圖片來自泰勒大學

移動3D打印龍門架
為了克服當前建筑3D打印方法的局限性,泰勒大學團隊決定將移動和龍門單元背后的技術結合到一個系統(tǒng)中。在設計中,這意味著該機器能夠通過滾動創(chuàng)建X軸,然后使用棱柱接頭作為實現(xiàn)Y和Z軸運動的手段,并最終在不依賴導軌的情況下進行打印。

為了確保移動龍門不會因偏離軌道而導致錯誤,工程師們還為其配備了“本地定位系統(tǒng)”,使其能夠確定打印頭的位置、方向和速度。工程師們推測,未來該機器能夠無線操作、快速更新并精確地創(chuàng)建高質量的結構,同時可應對大部分表面的顛簸。

“移動龍門架:火星上3D打印結構的機器人架構”論文中有詳細說明,該論文由Peter Staritz、Caleb Miller和Josiah McClurg合著(下載論文,獲取更多信息)。
Mobile Gantry Architecture - engrXiv.pdf (547.11 KB, 下載次數(shù): 299)


研究人員在原型設備中,盡可能的實現(xiàn)了自己的設計想法,包括地形補償、精細定位和3D打印子系統(tǒng)。在最初的測試中,這種“移動龍門架”已被證明能夠穿越不平坦的地形,并使用定位系統(tǒng),將硫磺混凝土漿料擠壓成復雜的結構。

隨著進一步的研發(fā),工程師們相信他們的移動龍門系統(tǒng)有可能實現(xiàn)“平行建造”“具有巨大內(nèi)部體積”的站點,和允許其擴展的錐形連接點。該團隊還預計,在未來,他們的機器人可適用于打包部署,實現(xiàn)“更高質量、更快地完成打印”的一種建筑方式。

△作為“Project MOONRISE”的一部分開發(fā)的車載激光3D打印機的概念圖。圖片來自漢諾威激光中心

在其他地方,來自不倫瑞克工業(yè)大學和漢諾威激光中心的科學家也開發(fā)了具有3D打印能力的月球車。作為代號為“MOONRISE”的項目的一部分,研究人員已經(jīng)設法將激光安裝到“MIRA3D”飛行器上,然后利用3D打印,基于月球風化層創(chuàng)建零重力結構。




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