ADDUP的金屬3D打印機(jī)，2023年將在國際空間站進(jìn)行微重力測試

2022年3月25日，南極熊獲悉，法國工業(yè)3D打印機(jī)制造商AddUp宣布，它一直在開發(fā)一個(gè)可用于外太空打印的3D設(shè)備，2023年計(jì)劃將在國際空間站(ISS)上進(jìn)行測試。作為歐洲航天局(ESA)的“Metal3D”項(xiàng)目的一部分，它是專門用于在太空中3D打印金屬部件項(xiàng)目，AddUp設(shè)計(jì)了機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行系統(tǒng)。與常規(guī)的基于粉末床的系統(tǒng)不同，該3D打印設(shè)備可以固定框架上的線材原料，防止耗材漂浮，并允許該裝置在微重力條件下運(yùn)行。

△宇航員使用Metal3D的創(chuàng)意渲染圖。圖片來自 AddUp

AddUp的地面3D打印設(shè)備
在過去六年中，AddU市場重心一直圍繞著兩種行業(yè)領(lǐng)先的金屬3D打印技術(shù)：粉末床融合 (PBF) 和定向能量沉積 (DED)。就前者而言，該公司去年剛剛推出其旗艦FormUp 350系統(tǒng)，這是一款專為安全、生產(chǎn)力和質(zhì)量等工業(yè)需求而設(shè)計(jì)的機(jī)器。

AddUp在俄亥俄州立大學(xué)安裝了FormUp 350，從那時(shí)起，學(xué)生和教職員工可以研究優(yōu)化其3D打印制造方法。該公司最近還發(fā)布了三個(gè)新的過程監(jiān)控軟件套件，以增強(qiáng)機(jī)器的功能。該套件由 AddUp Dashboards、Recoat Monitoring 和 Meltpool Monitoring 組成，旨在提高用戶對3D打印原型制作和最終用途零件質(zhì)量的信心。

對于他們的DED技術(shù)而言，2018年6月，AddUp收購了BeAM Machines并繼承了他們大部分專利技術(shù)。仍然出售BeAM品牌，該公司的Modulo 250和Modulo 400 3D打印機(jī)功能略有不同的技術(shù)，前者是面向研發(fā)應(yīng)用的，而后者則是它的“pro本版”是一款工業(yè)級的打印機(jī)。

AddUp擁有巨大的野心，雖然他們在法國斯特拉斯堡和普羅旺斯沙龍(Salon de Provence)的基地安裝了近40臺(tái)DED和PBF機(jī)器。并且早些年該公司已經(jīng)開發(fā)了很多航空航天熱交換器等部件，但ESA真正的目標(biāo)是制造一臺(tái)可在太空應(yīng)用的3D打印機(jī)。

△CDME的工程師正在使用AddUp FormUp 3D打印機(jī)。照片來自AddUp

試用微重力金屬3D打印機(jī)
ESA目標(biāo)是創(chuàng)建世界上第一個(gè)能夠在航天使用的金屬3D打印系統(tǒng)，Metal3D項(xiàng)目將與多方伙伴合作，以測試微重力條件下所生產(chǎn)的零件各項(xiàng)性能。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，歐空局已委托他們建造兩臺(tái)完全相同的樣機(jī)，一臺(tái)在圖盧茲與空客公司一起建造和測試，另一臺(tái)發(fā)射到國際空間站的哥倫布艙。目前該系統(tǒng)還在開發(fā)中，兩臺(tái)原型機(jī)都有共同的目標(biāo)，即地球內(nèi)和微重力條件下均可運(yùn)行。

克蘭菲爾德大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)也是重要合作伙伴之一，該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)監(jiān)督該單元的能源和材料輸送系統(tǒng)，以及設(shè)備外殼設(shè)計(jì)和Highftech流體管理。

AddUp不僅開發(fā)了該單元的一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還開發(fā)了它的可編程邏輯控制器 (PLC)，以及允許它進(jìn)行通信的接口。根據(jù)AddUp研發(fā)工程師Alexandre Piaget的說法，該公司還在Metal3D項(xiàng)目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，“為今天的機(jī)器奠定了基礎(chǔ)”。

△工作人員在國際空間站內(nèi)工作。照片來自 NatGeo/ISS

“AddUp在實(shí)現(xiàn)這一使命方面發(fā)揮了重要作用”Piaget 說到，“在機(jī)器的最終版本中，AddUp將負(fù)責(zé)機(jī)器的移動(dòng)軸、結(jié)構(gòu)件和軟件?！?br />
該機(jī)器它能夠克服常規(guī)3D打印機(jī)在太空中難以使用的問題，即從構(gòu)建區(qū)域漂浮的細(xì)粉末所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)使用線材激光組合(W-DED)工藝來實(shí)現(xiàn)，該工藝將合金固定到位，然后在沿3個(gè)線性軸和1個(gè)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)激光熔合在一起。

同時(shí)這臺(tái)3D打印機(jī)可以在氮?dú)夥障逻\(yùn)行，作為限制材料氧化和降低燃燒風(fēng)險(xiǎn)的一種手段。此外，鑒于國際空間站上的氮?dú)夤?yīng)不足，該系統(tǒng)配備了過濾和冷卻功能，以限制消耗和回收盡可能多的氣體。

盡管該機(jī)器預(yù)計(jì)要到2023年2月才會(huì)被送入太空，但AddUp透露，它已經(jīng)與空客車一起開發(fā)了一款受Metal3D啟發(fā)的機(jī)器，這將“讓這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可持續(xù)下去”。

△在其Metal3D項(xiàng)目之前，ESA 在“Project MELT”下開發(fā)了一款可在微重力下工作的3D打印機(jī)。照片來自 BEEVERYCREATIVE

微重力下的3D打印競賽
近年來，國際空間站已成為3D打印研究的溫床，商業(yè)和學(xué)術(shù)研究人員都試圖在微重力條件下測試新興技術(shù)。作為“MELT 項(xiàng)目”的一部分，ESA 與另一個(gè)合作伙伴合作，此前也開發(fā)了一種聚合物微重力3D打印機(jī)，該打印機(jī)也是為航天應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

在其他地方，愛荷華州立大學(xué)研究人員最近進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，一種新型零重力3D打印機(jī)已在一架改裝飛機(jī)上進(jìn)行了測試。通過不斷地以45度角上下飛行，該團(tuán)隊(duì)能夠在微重力下進(jìn)行短暫的打印。