歐航局成立先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室研究3D打印技術(shù)

2016年7月19日，歐洲航天局（ESA）自豪地宣布了成立了一家新的先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室將為了未來(lái)的太空任務(wù)而致力于3D打印和其他先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

據(jù)歐航局局長(zhǎng)General Jan Woerner表示，在過(guò)去幾年中，他們已經(jīng)提出幾個(gè)與太空3D打印有關(guān)的大膽計(jì)劃，包括月球上建立一個(gè)3D打印的基地等。而歐航局的這座先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室位于牛津郡Harwell，隸屬于科技設(shè)施委員會(huì)（STFC）的Rutherford Appleton 實(shí)驗(yàn)室（RAL），預(yù)計(jì)將成為歐航局把上述計(jì)劃變成現(xiàn)實(shí)的道路上邁出的重要一步。

“有大量的新興技術(shù)具有明顯的潛力，比如更輕、更便宜的航天器結(jié)構(gòu)，但我們必須確保它們完全適用于無(wú)限的太空?！必?fù)責(zé)先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室的Andrew Barnes說(shuō)?！拔覀兊膶?shí)驗(yàn)室旨在為太空任務(wù)評(píng)估備選材料和制造工藝，并在太空任務(wù)的早期開(kāi)發(fā)中提前篩選材料和工藝。由此獲得的結(jié)果將有助于幫助ESA和其它航天產(chǎn)業(yè)決定未來(lái)技術(shù)投資的方向。

該實(shí)驗(yàn)室配備有金屬3D打印機(jī)以及功能強(qiáng)大的顯微鏡、X射線CT設(shè)備和幾個(gè)窯爐。該實(shí)驗(yàn)室還可以用于機(jī)械測(cè)試，比如顯微硬度和抗拉強(qiáng)度測(cè)試等。除此之外，研究人員還可以使用RAL的其他設(shè)施，比如中央激光設(shè)施（Central Laser Facility）、ISIS中子和介子源（ISIS neutron and muon source）、鉆石光源、以及半導(dǎo)體潔凈室和低溫實(shí)驗(yàn)室等。

“我們已經(jīng)使用了STFC ISIS脈沖散裂中子源來(lái)研究攪拌摩擦焊接的鈦部件的結(jié)構(gòu)完整性，并將其用于航天器推進(jìn)劑貯箱中。”該實(shí)驗(yàn)室研究員Sarah Baker說(shuō)。“ISIS可以利用中子衍射來(lái)測(cè)量粒狀材料中的殘余應(yīng)力（residual stress）?！?br />
“摩擦焊接是利用高速摩擦將金屬部分焊接在一起，而不是利用外部發(fā)熱來(lái)融化零件。摩擦焊接可以獲得更強(qiáng)的焊接效果。使用ISIS我們可以通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)部應(yīng)力來(lái)確認(rèn)最終的焊接質(zhì)量?！?br />
另外，該實(shí)驗(yàn)室的工作還包括對(duì)3D打印過(guò)程的仔細(xì)檢驗(yàn)，具體包括設(shè)計(jì)過(guò)程、物理工藝參數(shù)和材料，及其對(duì)制造零件質(zhì)量的影響等。這座先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室最新還加入了一個(gè)遍布?xì)W洲的ESA實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)——該網(wǎng)絡(luò)包括歐洲航天研究和技術(shù)中心（ESTEC）等。

位于荷蘭ESTEC被ESA形容為歐洲太空計(jì)劃的“技術(shù)心臟”。它材料和電器元件實(shí)驗(yàn)室在材料和設(shè)備的檢測(cè)方面承擔(dān)了大量的任務(wù)。根據(jù)ESTEC材料技術(shù)負(fù)責(zé)人Tommaso Ghidini的說(shuō)法，新成立的先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室將為其所做的工作提供更多必要的支持。

“在ESTEC，大部分的工作是在快速反饋的基礎(chǔ)上來(lái)支持太空項(xiàng)目的需要，對(duì)材料和設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和故障分析，不過(guò)它是在比較高的技術(shù)成熟度水平上進(jìn)行的。”他說(shuō)?！岸鳫arwell的這家實(shí)驗(yàn)室將通過(guò)專注于成熟度比較低的技術(shù)來(lái)協(xié)助ESTEC。在這里，我們可以在不同的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，通過(guò)將樣品轉(zhuǎn)化為納米模型去理解樣品的根本結(jié)構(gòu)，以及它的物理性能，所以我們可以真正實(shí)現(xiàn)由內(nèi)到外了解備選材料，或找到具有很高太空應(yīng)用潛力的早期技術(shù)?！?br />
這座新的實(shí)驗(yàn)室是歐航局先進(jìn)制造計(jì)劃的一部分。該計(jì)劃是最近才制訂的，其主要目的是推動(dòng)增材制造和其他先進(jìn)的制造技術(shù)在歐洲所有太空計(jì)劃中的應(yīng)用，以及為其制訂最終標(biāo)準(zhǔn)。
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