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科技创新

制造技术如何运用于太空探索

IMTS介绍了几家将自己的技术用于太空探索的公司。从3D打印月球栖息地到为詹姆斯·韦伯望远镜制造反射镜,工业创新在太空中找到了一个新的应用领域。

 

随着美国宇航局即将向月球发射阿尔忒弥斯1号太空发射系统火箭,太空探索再次成为人们关注的焦点。现在,我们的目标是殖民这颗恒星,然后可能是火星。但是我们如何在月球上建造房屋呢?3D打印技术可以使低成本的月球殖民成为现实。

 

3D打印空间栖息地

在IMTS上,Ingersoll展示了他们的masterprint机器人系统,该系统能够打印用于太空栖息地的聚合物门模具。

 

这是世界上最大的打印机,每小时可以挤出226公斤的打印机丝。

 

根据英格索兰机床公司成分应用工程师Kyle Calvert的说法,

 

“我们正在为栖息地的门打印模具。它重145磅(65公斤),只需7个小时就能打印出来。使用碳纤维和玻璃纤维铺层工具,通常上市时间为3到4个月。然而,通过增材制造,我们可以在3天内制造出一个8到10米长的模具。一旦你打印了模具,它将只需要1到2周磨,因为我们是打印接近净形状。这意味着我们打印整个部分约5毫米的堆栈。这样加工过程就快多了。所以它能让你更快地进入市场。”

 

masterprint机器人还打印了位于瑞士的7米高的实验性罗森伯格太空栖息地的外壳。

 

“关于月球探索,Rosie项目,我们打印的太空栖息地安装在瑞士罗森博格研究所,他们正在进行测试和研究,看看如果你在月球上生活在上面是什么样子。目前的计划是在发射到月球的火箭中安装6个打印模块。但将所有结构发送到月球是非常昂贵的,所以长期计划是在月球上安装一个较小的母版打印机器人系统,以便能够打印所需的组件。”

 

詹姆斯·韦伯望远镜反射镜的加工

詹姆斯·韦伯望远镜于2021年12月发射,任务是探索宇宙的过去。它是世界上迄今为止建造的最大、最复杂的空间科学望远镜,包含了大约十个以前从未完成的技术。

 

其中一个是6.5米的纯铍镜。这面镜子由18个独立的部分组成,可以捕捉远处物体发出的红外光。它是用铍制成的,因为这种材料很轻,而且能承受非常低的温度。

 

美国宇航局联系三井精木来做这项工作。但三井精工的Charman Scott J. Walker解释说,由于铍的加工非常复杂,制造这18个组件是一项具有挑战性的任务:

 

“当你加工铍时,你要去除大约20到40微米的材料,它们必须从机器中取出,放入带氮气的钛袋中,放入热处理烤箱,然后再放回机器中。因此,为了完成这项工作并满足计划,NASA需要8台机器,每台机器只反复去除少量的铍。所以机器必须在透镜所处的这片空间中以完全相同的几何形状建造。很难做到!”

 

如果该公司能够提供8个定制的卧式4轴加工中心来加工镜子用的铍坯,那是因为该公司专门制造核心竞争力的机床平台。

 

“该系列机器是为了完成一项只能由手工刮刮和手工装配机器完成的特定工作而制造的。世界上只有两家公司在这么做:我们和另一家日本公司。”

 

完成这项工作需要两年时间。这些机器只是为这一特定任务而制造的,但其中一半仍被用于制造航天齿轮箱。


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