制造技術(shù)如何運(yùn)用于太空探索

IMTS介紹了幾家將自己的技術(shù)用于太空探索的公司。從3D打印月球棲息地到為詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡制造反射鏡，工業(yè)創(chuàng)新在太空中找到了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著美國(guó)宇航局即將向月球發(fā)射阿爾忒彌斯1號(hào)太空發(fā)射系統(tǒng)火箭，太空探索再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。現(xiàn)在，我們的目標(biāo)是殖民這顆恒星，然后可能是火星。但是我們?nèi)绾卧谠虑蛏辖ㄔ旆课菽兀?D打印技術(shù)可以使低成本的月球殖民成為現(xiàn)實(shí)。

3D打印空間棲息地

在IMTS上，Ingersoll展示了他們的masterprint機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠打印用于太空棲息地的聚合物門(mén)模具。

這是世界上最大的打印機(jī)，每小時(shí)可以擠出226公斤的打印機(jī)絲。

根據(jù)英格索蘭機(jī)床公司成分應(yīng)用工程師Kyle Calvert的說(shuō)法，

“我們正在為棲息地的門(mén)打印模具。它重145磅(65公斤)，只需7個(gè)小時(shí)就能打印出來(lái)。使用碳纖維和玻璃纖維鋪層工具，通常上市時(shí)間為3到4個(gè)月。然而，通過(guò)增材制造，我們可以在3天內(nèi)制造出一個(gè)8到10米長(zhǎng)的模具。一旦你打印了模具，它將只需要1到2周磨，因?yàn)槲覀兪谴蛴〗咏鼉粜螤睢＿@意味著我們打印整個(gè)部分約5毫米的堆棧。這樣加工過(guò)程就快多了。所以它能讓你更快地進(jìn)入市場(chǎng)。”

masterprint機(jī)器人還打印了位于瑞士的7米高的實(shí)驗(yàn)性羅森伯格太空棲息地的外殼。

“關(guān)于月球探索，Rosie項(xiàng)目，我們打印的太空棲息地安裝在瑞士羅森博格研究所，他們正在進(jìn)行測(cè)試和研究，看看如果你在月球上生活在上面是什么樣子。目前的計(jì)劃是在發(fā)射到月球的火箭中安裝6個(gè)打印模塊。但將所有結(jié)構(gòu)發(fā)送到月球是非常昂貴的，所以長(zhǎng)期計(jì)劃是在月球上安裝一個(gè)較小的母版打印機(jī)器人系統(tǒng)，以便能夠打印所需的組件。”

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡反射鏡的加工

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡于2021年12月發(fā)射，任務(wù)是探索宇宙的過(guò)去。它是世界上迄今為止建造的最大、最復(fù)雜的空間科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，包含了大約十個(gè)以前從未完成的技術(shù)。

其中一個(gè)是6.5米的純鈹鏡。這面鏡子由18個(gè)獨(dú)立的部分組成，可以捕捉遠(yuǎn)處物體發(fā)出的紅外光。它是用鈹制成的，因?yàn)檫@種材料很輕，而且能承受非常低的溫度。

美國(guó)宇航局聯(lián)系三井精木來(lái)做這項(xiàng)工作。但三井精工的Charman Scott J. Walker解釋說(shuō)，由于鈹?shù)募庸し浅?fù)雜，制造這18個(gè)組件是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù):

“當(dāng)你加工鈹時(shí)，你要去除大約20到40微米的材料，它們必須從機(jī)器中取出，放入帶氮?dú)獾拟伌校湃霟崽幚砜鞠洌缓笤俜呕貦C(jī)器中。因此，為了完成這項(xiàng)工作并滿足計(jì)劃，NASA需要8臺(tái)機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器只反復(fù)去除少量的鈹。所以機(jī)器必須在透鏡所處的這片空間中以完全相同的幾何形狀建造。很難做到!”

如果該公司能夠提供8個(gè)定制的臥式4軸加工中心來(lái)加工鏡子用的鈹坯，那是因?yàn)樵摴緦?zhuān)門(mén)制造核心競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)床平臺(tái)。

“該系列機(jī)器是為了完成一項(xiàng)只能由手工刮刮和手工裝配機(jī)器完成的特定工作而制造的。世界上只有兩家公司在這么做:我們和另一家日本公司。”

完成這項(xiàng)工作需要兩年時(shí)間。這些機(jī)器只是為這一特定任務(wù)而制造的，但其中一半仍被用于制造航天齒輪箱。