3D-принтер SpaceCAL на VSS Unity, ожидающий запуска 8 июня 2024 года. Фото: Virgin Galactic
Представьте себе команду космонавтов, летящую на Марс. Примерно в 225 миллионах километров от Земли они обнаруживают, что на их космическом корабле треснуло уплотнительное кольцо. Но что, если вместо того, чтобы полагаться на истощающиеся запасы запасных частей, они могли бы просто производить любую необходимую деталь, когда это необходимо?
Команда исследователей из Беркли во главе с аспирантом Тейлором Уодделлом, возможно, сделала большой шаг к тому, чтобы сделать этот вариант реальностью. 8 июня они впервые отправили свою технологию 3D-печати в космос в рамках миссии Virgin Galactic 07.
Их микрогравитационный принтер нового поколения под названием SpaceCAL провел 140 секунд в суборбитальном пространстве на борту космического самолета VSS Unity. За этот короткий период времени он самостоятельно напечатал и обработал в общей сложности четыре тестовых детали, включая космические челноки и фигурки Бенчи, сделанные из жидкого пластика под названием PEGDA.
«SpaceCAL добилась хороших результатов в предыдущих испытаниях на борту параболических полетов в условиях микрогравитации, но еще многое нужно было доказать», — сказал Уодделл. «Эта последняя миссия… позволила нам подтвердить готовность этой технологии 3D-печати к космическим путешествиям».
Он добавил: «Мы надеемся, что однажды его можно будет использовать для изготовления всего: от деталей и инструментов для космических кораблей до новых контактных линз и зубных коронок для членов экипажа».
3D-печать, также известная как аддитивное производство, значительно изменилась с тех пор, как она была впервые запатентована в 1980-х годах. Хейден Тейлор, доцент кафедры машиностроения, возглавил группу исследователей из Калифорнийского университета в Беркли и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), которые изобрели технологию компьютерной аксиальной литографии (CAL) в 2017 году.
Этот новый тип аддитивного производства, в котором используется свет для формирования твердых объектов из вязкой жидкости, расширил диапазон печатаемых геометрий и значительно увеличил скорость печати 3D-деталей. И он хорошо работал в условиях микрогравитации, открывая двери для приложений, связанных с исследованием космоса.
Благодаря технологии CAL Уодделл также приехал в Беркли, чтобы получить докторскую степень в области машиностроения. Будучи студентом Висконсинского университета в Мэдисоне и инженером путей сообщения в НАСА, Уодделл увлекся 3D-печатью — от ее, казалось бы, волшебной способности преобразовывать идею в физическую форму до ее доступности и доступности.
Когда он услышал о CAL, он связался с Тейлором и вскоре оказался в Беркли. Там он провел бесчисленные часы в лаборатории Тейлора, работая с другими студентами-исследователями над новыми способами использования этой технологии на благо общества.
Достигайте новых высот
Что отличает CAL от других технологий 3D-печати, так это невероятная скорость (детали можно создать всего за 20 секунд) и эффективность. Поскольку астронавты могут быстро печатать детали в экстренных ситуациях и по требованию, CAL потенциально устраняет необходимость носить с собой тысячи запасных частей во время длительных космических полетов.
«Вы можете уменьшить эту нагрузку, ускорить выполнение миссий и снизить риск, используя производственные технологии», — сказал Уодделл.
Кроме того, уникальная способность CAL хорошо печатать в условиях микрогравитации позволяет инженерам исследовать возможности 3D-печати из космоса.
«Благодаря CAL мы впервые смогли продемонстрировать на этих самолетах с невесомостью[ravity] Миссии, а теперь и этот космический полет – мы можем печатать детали в условиях микрогравитации, что невозможно на Земле», – сказал Уодделл.
На данный момент CAL продемонстрировала, что может успешно печатать более чем 60 различными материалами на Земле, такими как силиконы, стеклянные композиты и биоматериалы. По словам Уодделла, такая универсальность может принести пользу как кабине, так и экипажу.
«Поэтому, если ваш космический корабль сломается, вы сможете напечатать уплотнительные кольца, механические крепления или даже инструменты для кабины», — сказал он. «Но CAL также способна отремонтировать экипаж. Мы можем печатать зубные протезы, кожные трансплантаты или линзы — вещи, которые персонализируются в сфере неотложной медицинской помощи космонавтам, что также очень важно в этих миссиях».
Однажды CAL можно будет использовать для печати еще более сложных деталей, например, человеческих органов. LLNL получила грант от НАСА на тестирование этой технологии на Международной космической станции.
«По сути, они будут заниматься биопечатью на космической станции», — сказал Уодделл. «И долгосрочная цель — использовать CAL для печати органов в космосе, а затем доставить их обратно на Землю».
Далее Уодделл и его коллеги надеются сотрудничать с НАСА, чтобы начать разработку и проверку одного объекта, который мог бы принести пользу здоровью и благополучию экипажа, например зубной коронки для астронавта или инструмента для закрытия хирургических ран.
«Эти эксперименты действительно направлены на развитие технологий на благо всех», — сказал Уодделл. «Несмотря на то, что они предназначены для космоса, всегда существует бесчисленное множество способов, которыми они могут принести пользу людям здесь, на Земле».
Это также тот тип технологии, который Космический центр Беркли планирует разработать в своем новом кампусе площадью 36 акров, который в настоящее время строится. Космический центр Беркли станет центром инноваций и предпринимательства, объединяющим технологии, разработанные НАСА и Калифорнийским университетом в Беркли и коммерциализированные частным сектором.
«Представьте себе место, где частные компании могут использовать изобретения, подобные изобретениям Тейлора Уодделла, и позволить этим важным открытиям перейти из лаборатории к публике», — сказал Дарек ДеФрис, почетный регент Калифорнийского университета и руководитель усилий Калифорнийского университета в Беркли по развитию Беркли. Космический центр. «Мы аплодировали, наблюдая за историческим полетом Virgin Galactic 07».
Совместные усилия
Во многих отношениях космический полет 8 июня стал кульминацией многолетних исследований всех студентов лаборатории нанопроизводства Хейдена Тейлора. Вместе они расширяют границы относительно новой технологии, чтобы увидеть, что возможно.
«Этот проект основан на команде многих, многих людей», — сказал Уодделл, в том числе студенты-исследователи Диллон Балк, Скайлер Чан, Шон Чу, Брайан Чанг, Амира Элгонеми, Джейкоб Готтесман, Энтони Муди, Джейк Никель, Дилан Поттер, Остин Портинауз. , Анусри Шринат и Одри Янг.
Он также благодарит своего советника за важную поддержку и возможность играть активную роль в дальнейшем развитии технологии CAL.
«Хейден — один из лучших детективов. «Это возлагает на меня ответственность решать, в каком направлении я хочу продвигать это исследование», — сказал Уодделл. «В своих последних трех миссиях SpaceCAL он позволил мне взять на себя всю ответственность: от решения, кого нанять и что исследовать, до планирования всей поездки. Он действительно позволяет мне быть там, где я больше всего увлечен, и я могу использовать его как ресурс, чтобы это произошло».
Virgin Galactic сыграла решающую роль в выводе этого проекта на новый уровень. «Команда Virgin Galactic помогала нам на каждом этапе пути, особенно в течение недели подготовки к запуску ракеты», — сказал Уодделл.
«Было много выдающихся инженеров и увлеченных людей, которые хотели обеспечить наш успех».
Информация от: Калифорнийским университетом в Беркли.
