NASA：持續(xù)推動太空3D打印技術(shù)的發(fā)展

導(dǎo)讀：NASA一直以來都在積極推進(jìn)太空3D打印的發(fā)展，以期直接在軌道上生產(chǎn)航天器、火箭部件、先進(jìn)材料和更大的結(jié)構(gòu)，3D打印將徹底改變傳統(tǒng)的地外制造。因此，各大太空機(jī)構(gòu)都正在積極采取各種方法，為太空制造做準(zhǔn)備，這種技術(shù)能夠在推動地球經(jīng)濟(jì)增長的同時改變太空工業(yè)的潛力，有可能推動科學(xué)技術(shù)的前沿發(fā)展，降低發(fā)射成本，提高任務(wù)靈活性，并實現(xiàn)按需零件和工具的創(chuàng)建，從而使太空探索更加高效和可持續(xù)。



2023年5月，南極熊獲悉，NASA 宣布成立The Consortium for Space Mobility and ISAM Capabilities ——太空機(jī)動性和 ISAM 能力聯(lián)盟(COSMIC)，專注于使空間服務(wù)、組裝和制造 (ISAM) 能力成為空間架構(gòu)和任務(wù)生命周期的常規(guī)部分。NASA還發(fā)布了一種名為 GRX-810 的新型 3D 打印超級合金，已通過3D Systems的測試，并授予德克薩斯州立大學(xué)一筆資金，用于開發(fā)用于月球增材建筑的月球混凝土。

ISAM技術(shù)是一種新型的輕量化航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造方法，它采用先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計和制造技術(shù)，通過將多個金屬部件組合成單一結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了完全一體化，從而減少了連接點和螺釘數(shù)量，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時降低了重量和生產(chǎn)成本。ISAM技術(shù)在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可以提高飛行器的質(zhì)量、效率和安全性能。



COSMIC 將如何支持太空制造
此聯(lián)盟在 NASA空間技術(shù)任務(wù)理事會(STMD) 的領(lǐng)導(dǎo)下，由聯(lián)邦資助的研發(fā)中心 (FFRDC) 航空航天公司運(yùn)營，COSMIC 將使 ISAM 過渡到實用，成為空間架構(gòu)和任務(wù)生命周期的常規(guī)部分。

STMD 的技術(shù)演示總監(jiān) Trudy Kortes 說：“數(shù)十年來，NASA、政府機(jī)構(gòu)和工業(yè)界一直在投資機(jī)器人 ISAM 技術(shù)，但現(xiàn)代衛(wèi)星的設(shè)計和建造很少會考慮這個技術(shù)，我們想改變這一點�！�


△在軌服務(wù)、組裝和制造 1 (OSAM-1) 自動捕獲試驗臺的細(xì)節(jié)照片
太空機(jī)動和 ISAM 能力聯(lián)盟 (COSMIC) 是一個全國性的聯(lián)盟，將振興美國的太空服務(wù)、組裝和制造 (ISAM) 能力。

●COSMIC 的愿景：創(chuàng)建一個全美國性質(zhì)的聯(lián)盟，使美國太空界能夠在 ISAM 方面發(fā)揮全球領(lǐng)導(dǎo)作用。

●COSMIC 的使命：使 ISAM 成為空間架構(gòu)和任務(wù)生命周期的常規(guī)部分。

超級合金
來自美國宇航局克利夫蘭格倫研究中心和俄亥俄州立大學(xué)的一組研究人員在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文，詳細(xì)描述了一種專為極端環(huán)境設(shè)計的新型 3D 打印合金，名為GRX-810 ，這是NASA開創(chuàng)性的新型激光粉末床熔融超級合金，已通過 3D Systems 的成功驗證。這種超級合金有可能大幅提高用于航空和太空探索的零部件的強(qiáng)度和韌性。


△由可3D打印的新型合金 GRX-810 制成的 NASA 徽標(biāo)。

Smith 和他在 Glenn 的同事 Christopher Kantzos 使用計算機(jī)建模和激光 3D 打印工藝發(fā)明了 GRX-810，逐層融合金屬制造新合金。GRX-810是一種氧化物彌散強(qiáng)化合金，即含有氧原子的微小粒子遍布合金各處，增強(qiáng)強(qiáng)度。非常適合用于制造高溫應(yīng)用的航空航天部件，例如飛機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)部的部件，因為它們可以在達(dá)到斷裂點之前承受更惡劣的條件。當(dāng)報道過的最先進(jìn)的3D打印超級合金可以承受高達(dá) 2,000 華氏度的溫度。與之相比，GRX-810 的強(qiáng)度是其兩倍，耐用性是其 1,000 多倍，抗氧化性也是其兩倍。


△3D Systems 驗證了 NASA 新型超級合金 GRX-810 的性能。圖片由 3D Systems 提供。

為了驗證其性能，3D Systems 使用直接金屬打印 (DMP) 平臺 DMP Factory 500 來打印和測試 GRX-810 的高溫機(jī)械性能。據(jù)該公司稱，它表現(xiàn)出卓越的機(jī)械性能和對極端溫度的耐受性，是航空航天應(yīng)用的理想選擇。

3D Systems 航空航天和國防副總裁 Michael Shepard 解釋說：“ NASA GRX-810的性能驗證證明了這種合金的巨大潛力，比如可重復(fù)制造性能方面。此外 NASA 提供的這種材料能夠突破增材制造的界限并實現(xiàn)下一代航空航天部件的生產(chǎn)。”

這被稱為 NASA Glenn 有史以來最成功的技術(shù)專利之一，可能成為未來用于火箭發(fā)動機(jī)、渦輪葉片和排氣噴嘴部件等關(guān)鍵部件的理想候選者。

月球可用資源
德克薩斯州立大學(xué)已獲得 5萬美元的資金，用于進(jìn)一步開發(fā) CaerusCrete，這是一種利用月球上可用資源作為建筑材料的技術(shù)。


△德克薩斯州立大學(xué)的團(tuán)隊獲得的資助。

CaerusCrete最初是一個本科生項目，探索了堿激活機(jī)制可以結(jié)合現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的顆粒材料（例如月球風(fēng)化層）以獲得足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的想法。太空任務(wù)對其攜帶的物品有嚴(yán)格的限制，導(dǎo)致原位資源利用(ISRU) 成為未來太空探索和生存的主導(dǎo)概念。