Хроника пикирующего 3D-принтера, или Как немецкие ученые учатся печатать порошками в невесомости

Регион Бордо на юго-западе Франции известен не только прекрасными винами, но и неспокойной воздушной обстановкой. Здесь нередко можно стать свидетелями странных полетов: казалось бы обычный авиалайнер раз за разом набирает высоту и стремительно пикирует. И так ровно тридцать один раз. Если же прислушаться, то можно услышать доносящееся с борта улюлюкание с немецким акцентом. Рассказываем, что происходит.

Нет, это не акции устрашения и не прелюдия к очередному походу на Париж. Это всего лишь исследовательские полеты, выполняемые компанией Novespace для исследователей из Германского центра авиации и космонавтики (DLR) при поддержке французских коллег из Национального центра космических исследований (CNES), предоставивших самолет и воздушный полигон.

Полеты по параболической траектории, получившие у астронавтов NASA забавное название Vomit Comet («Рвотная комета»), используются в качестве симулятора невесомости, в основном для подготовки экипажей к работе на Международной космической станции. Но не только: искусственная микрогравитация позволяет проводить уникальные опыты, в том числе и по 3D-печати в условной невесомости.

3D-принтеры производства американской компании Made in Space используются на МКС уже несколько лет, но команда немецких ученых из Федерального опытно-исследовательского института материаловедения (BAM) и Клаустальского технического университета (TUC) под руководством профессора Йенса Гюнстера (выше, в центре) работает в новом направлении – не просто над 3D-печатью в невесомости, а орбитальным аддитивным производством металлических деталей из порошковых материалов.

Существующие космические 3D-принтеры печатают филаментами по хорошо знакомой любителям технологии FDM. Порошковая печать, наиболее широко используемая в производстве металлических изделий, на орбите проблематична, ведь мелкие частицы будут норовить разлететься во все стороны. Гюнстер и его команда нашли решение, сконструировав специальный 3D-принтер. В основе лежит струйная печать связывающим агентом, а слои материала удерживаются на месте давлением с помощью насосной системы с замкнутым контуром, прокачивающей азот сквозь толщу порошка.

Как показывают результаты опытов, проведенных на борту пикирующей лаборатории, система работает весьма неплохо, хотя до идеальных результатов пока далеко. Если же систему удастся довести до полной готовности, уже скоро экипаж МКС сможет печатать металлические запчасти и инструменты прямо на орбите. В долгосрочной же перспективе технология рассматривается в контексте производства деталей во время длительных космических экспедиций, например полетов на Марс. Мало ли что сломается в пути, а взять с собой инструменты и запчасти на все случаи жизни просто нереально.

Помимо струйной печати исследователи экспериментируют и с другим вариантом 3D-принтера, использующим ту же вакуумную систему, но оснащенным 200-ваттным лазером для спекания и наплавления (DMLS и SLM), хотя работы в этом направлении пока еще находятся на ранней опытной стадии. Кстати, технология пригодна не только для печати металлами, но и керамикой. Собственно, первые испытания лазерной версии в полете проводились именно с керамикой из-за строгих правил безопасности, так как мелкие частицы того же алюминия легко воспламеняются.

Даже если 3D-принтер не отправится в космос, отдельные наработки могут пригодиться на Земле. В частности, та самая вакуумная система, удерживающая порошок на месте, отлично утрамбовывает расходный материал, тем самым повышая плотность и прочность получаемых изделий.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru