Дослідники Національної лабораторії Оук-Рідж Департаменту енергетики у співпраці з NASA виводять адитивне виробництво на останній рубіж, надрукувавши 3D-друк такого ж колеса, як дизайн, який використовує NASA для роботизованого місяцехода, демонструючи технологію для спеціалізованих частин. необхідні для дослідження космосу.
Колесо, виготовлене за допомогою добавок, було змодельовано на основі існуючих легких колес марсохода Volatiles Investigating Polar Exploration Rover або VIPER, мобільного робота, який NASA планує відправити у 2024 році для картографування льоду та інших потенційних ресурсів на південному полюсі Місяця. Місія має на меті допомогти визначити походження та розподіл води на Місяці та чи можна зібрати достатньо з поверхні Місяця для підтримки людей, які там живуть.
Хоча прототип колеса, надрукований на демонстраційному заводі DOE, або MDF, в ORNL, фактично не використовуватиметься в місії NASA на Місяць, він був створений, щоб відповідати тим самим специфікаціям конструкції, що й колеса, виготовлені для NASA VIPER. Планується додаткове тестування для перевірки конструкції та методу виготовлення перед використанням цієї технології для майбутніх місячних або марсоходів або розгляду її для інших космічних застосувань, таких як великі структурні компоненти.
Адитивне виробництво може зменшити споживання енергії, відходи матеріалу та час виконання, водночас уможливлюючи складність конструкції та адаптацію властивостей матеріалу. MDF знаходиться в авангарді цих зусиль, розробляючи технологію протягом десяти років для широкого спектра застосувань у секторах чистої енергії, транспорту та виробництва. Дослідники MDF надрукували прототип колеса марсохода в ORNL восени 2022 року. Спеціалізований 3D-принтер використав два скоординованих лазери та обертову робочу пластину, щоб вибірково розплавити металевий порошок у спроєктовану форму.
Типові системи шару металевого порошку працюють поетапно: у машині розміром із шафу шар порошку згрібають на нерухому тарілку. Потім лазер вибірково розплавляє шар, перш ніж пластина трохи опуститься, і процес повториться. Принтер, який використовується для прототипу колеса марсохода, достатньо великий, щоб туди потрапила людина, і є унікальним у своїй здатності друкувати великі об’єкти, в той час, як кроки відбуваються одночасно та безперервно, – сказав Пітер Ван, який очолює розробку МДФ нових систем термоядерного лазерного порошку.
«Це різко збільшує продуктивність при тій самій потужності лазера», — сказав він, додавши, що осадження відбувається на 50% швидше. «Ми лише коснемося поверхні того, що може зробити система. Я дійсно думаю, що це буде майбутнє лазерного порошкового друку, особливо у великих масштабах і в масовому виробництві».
Прототип колеса, одна з перших частин, створених системою, демонструє цінність міжвідомчої співпраці. «Проєкт з NASA дійсно просунув технологію вперед», — сказав Браян Гібсон, дослідник, який очолював проєкт колеса марсохода для ORNL, назвавши це важливою віхою. «Було чудово поєднати можливості з потребами, що розвиваються, і команда була в захваті від створення прототипу компонента з додатками для дослідження космосу».
Виготовлений зі сплаву на основі нікелю, прототип колеса має приблизно 8 дюймів завширшки та 20 дюймів у діаметрі — це набагато більше, ніж типові деталі, надруковані за допомогою металевих порошкових систем. Для його виготовлення потрібна була здатність друкувати невеликі геометричні елементи, розташовані на великій робочій площі. За словами Гібсона, адитивне виробництво уможливило більшу складність конструкції обода без додаткових витрат або труднощів у виробництві.
Для порівняння, чотири колеса VIPER, які будуть збивати місячний пил наступного року, вимагали кількох виробничих процесів і етапів складання. Обід колеса VIPER, що складається з 50 деталей, скріплюється 360 заклепками. Виробничий процес вимагав складної та трудомісткої обробки, щоб відповідати суворим вимогам місії.
Якщо випробування NASA підтвердять, що надрукований на 3D-принтері прототип такий же міцний, як і традиційні колеса, майбутні марсоходи зможуть замість цього використовувати один надрукований обід колеса, виготовлення якого ORNL зайняло 40 годин. У рамках проекту інженери ORNL і NASA також досліджували точні конструктивні особливості, такі як кутові бічні стінки, куполоподібна форма та хвилястий протектор для підвищення жорсткості колеса.
Ці характеристики важко включити в поточну конструкцію коліс VIPER за допомогою традиційних методів виготовлення. Незважаючи на створення складнішого малюнка спиць і функцій фіксації спиць на колесі, 3D-друк спростив і зменшив вартість конструкції колеса, а також полегшив остаточне складання. Джерело