"Было здорово соединить технические возможности с развивающимися потребностями, и команда была рада создать прототип узла, имеющего прикладное значение для освоения космоса".
ОЛИВЕР ДЖОНСОН
Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики США (ORNL) в сотрудничестве с NASA использовали 3D-печать для создания колеса, аналогичного тому, которое используется космической организацией для своего лунохода. По словам специалистов Oak Ridge, проект продемонстрировал возможности аддитивного производства для создания узкоспециализированных деталей, необходимых для освоения космоса.
3D-напечатанное колесо было смоделировано на основе существующих легких колес робота Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, или VIPER, - мобильного робота, который NASA планирует отправить в космос в 2024 году для составления карты льда и других потенциальных ресурсов на южном полюсе Луны.
Миссия NASA призвана помочь определить происхождение и распределение воды на Луне, а также выяснить, можно ли добывать на ее поверхности достаточное количество воды для обеспечения жизнедеятельности людей.
Хотя прототип колеса, напечатанный в 3D-печати на производственно-демонстрационном комплексе (MDF) Министерства энергетики США в ORNL, не будет использоваться в лунной миссии NASA, он был создан для демонстрации тех же конструктивных особенностей, что и колеса, изготовленные для NASA VIPER.
По словам представителей Oak Ridge, планируется провести дополнительные испытания для проверки конструкции и метода изготовления, прежде чем использовать эту технологию для будущих работ на Луне или Марсе или рассматривать ее для других космических применений, например, для изготовления крупных структурных компонентов.
Инженер-механик NASA Ричард Хаген (слева) и исследователь ORNL Майкл Бориш осматривают прототип колеса лунохода, который был напечатан в 3D-формате в демонстрационном производственном центре (Manufacturing Demonstration Facility).
Исследователи MDF выполнили 3D-печать прототипа колеса лунохода в ORNL в конце 2022 года. Специальный 3D-принтер использовал два согласованных лазера и вращающуюся пластину для выборочного расплавления металлического порошка в нужную форму.
В Ок-Ридже утверждают, что 3D-принтер, использованный для изготовления прототипа колеса ровера, достаточно велик, чтобы в него мог войти человек, и уникален своей способностью печатать большие объекты при одновременном и непрерывном выполнении этапов.
"Это значительно повышает производительность при той же мощности лазера", - говорит Питер Ванг, возглавляющий в Ок-Ридже разработку новых систем лазерного порошкового наплавления MDF. "Мы еще только нащупываем поверхность того, что может сделать эта система. Я действительно думаю, что это будущее лазерной порошковой печати, особенно в больших масштабах и в массовом производстве".
В Ок-Ридже говорят, что, несмотря на уникальность машины, ключевым фактором успеха проекта стал опыт исследователей в области автоматизации процессов и управления машинами. Они использовали разработанное в компании программное обеспечение для нарезки колеса на вертикальные слои, а затем сбалансировали нагрузку между двумя лазерами для равномерной печати.
Брайан Гибсон, исследователь, возглавлявший проект по созданию колеса ровера в ORNL, сказал: "Проект с NASA действительно способствовал развитию технологии. Было здорово соединить возможности с развивающимися потребностями, и команда была рада изготовить прототип компонента, который может быть использован в космических исследованиях".
Прототип колеса, изготовленный из сплава на основе никеля, имеет ширину около 8 дюймов и диаметр 20 дюймов, что, по мнению ORNL, значительно больше, чем типичные детали, напечатанные 3D-печатью с использованием систем с порошковым напылением металла, и позволяет усложнить конструкцию обода без дополнительных затрат и производственных трудностей.
Четыре колеса VIPER, которые будут разгребать лунную пыль при запуске марсохода в 2024 году, требуют множества производственных процессов и этапов сборки. Обод колеса VIPER, состоящий из 50 деталей, скреплен 360 заклепочными соединениями.
По словам специалистов Oak Ridge, если испытания NASA подтвердят, что 3D-печатный прототип столь же надежен, как и обычные колеса, то в будущих марсоходах можно будет использовать один 3D-печатный обод колеса, изготовление которого в ORNL заняло 40 часов.
"Многие из этих особенностей колес были введены только для того, чтобы показать, что можно сделать с помощью аддитивного производства", - говорит Ричард Хаген, инженер-механик NASA и руководитель лаборатории аддитивного производства в Космическом центре NASA имени Джонсона в Хьюстоне. "Это позволяет легко реализовать конструктивные особенности, которые трудно реализовать с помощью традиционной оснастки или даже традиционно обработанной детали".
NASA планирует провести испытания 3D-напечатанного колеса на марсоходе либо на каменном полигоне в Космическом центре NASA имени Джонсона, либо в гигантской "песочнице" из имитированных лунных камней и грунта на контрактном испытательном полигоне. Эксперты будут оценивать маневренность колеса, сопротивление повороту, боковое скольжение, подъем по склону и другие показатели.
Хаген сказал: "Возможность изготовления деталей в космосе для ремонта будет иметь большое значение, поскольку нельзя просто взять достаточное количество запасных частей. Порошок, гранулы или филамент для печати гораздо легче упаковывать, и это обеспечит большую гибкость".
Гибсон добавил: "Аддитивное производство обеспечивает гибкость, позволяющая при наличии исходного сырья изготовить любую необходимую запасную часть как в космосе, так и на Земле. Именно поэтому аддитивное производство вызывает значительный интерес для решения целого ряда задач, связанных с заменой деталей, начиная от быстро изготавливаемой оснастки и заканчивая труднодоступными литьем и штамповкой. При освоении космоса и создании жилья 3D-принтеры могут в перспективе использовать в качестве сырья местные материалы с Луны или Марса".
Хотите собрать точную копию лунохода? Тогда обращайтесь к нам в магазин CLUB3D_CLUB. У нас есть большой выбор 3D-принтеров и 3D-сканеров под любые ваши цели.
