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WAAM 3D打印月球地板可开启“可持续探索任务”

荷兰机器人金属3D打印公司MX3D为原型建造了一种新型材料高效的“骨架地板”欧洲太空总署(欧空局)月球定居点。

通过将描绘应力图分析与3D打印相结合,该公司已经能够以395千克的减轻质量建造具有平滑网状设计的超轻钢结构。据欧空局工程师Advenit Makaya称,该项目展示了MX3D技术的效率和月球制造潜力,未来可用于建造基于风化层的结构。

Makaya说:“这是MX3D的一项卓越成就,进一步突出了增材制造技术在空间应用领域的潜力。”“设计的灵活性,以及将打印结构与嵌入式监控系统结合的可能性,值得在空间结构中进行研究。”

“这项技术也可考虑在可持续勘探任务期间,通过使用从当地可用的表土中提取的金属原料进行基础设施的现场施工。”

MX3D的金属3D打印月球地板。
MX3D的495千克不锈钢3D打印月球地板。通过欧空局拍摄。

一流的“骨架”设计

为建筑公司开发的四层ESA月球栖息地原型建造斯基德莫尔、欧文斯和美林(SOM),MX3D的地板经过拓扑优化,尽可能节省材料。在实践中,这意味着该结构是使用该公司专有的WAAM技术将其3D打印成六个垂直部分,然后再焊接成一个具有粘性的下部结构。

地板由三根立柱支撑,其特点是一系列面板形成一个“网格”,能够作为支撑结构而无需“填充”,同时其整体设计悬臂朝向其周边和中心,允许这些区域以较小的厚度进行3D打印,但不以内聚性或完整性为代价。

SOM的高级设计师Daniel Inocente解释说:“我们研究了制造限制,并使用我们的分析来插值一个遵循3D打印机器的角度限制的蛛网图案。”“截面和厚度也进行了分析和区分,以减少整体质量——减少外部/内部边界的厚度。”

经过246个小时的施工,308LSi不锈钢地板终于完工,拼接起来的宽度约为4.5米。最终,这个结构没能成为SOM的“外地球生命”的一部分。威尼斯双年展MX3D首席执行官Gijs van der Velden表示,该项目仍然展示了其技术的轻量化潜力。

“对于MX3D来说,利用其在打印拓扑优化金属结构方面的经验是一个完美的项目,”van der Velden总结道。“实现材料的最佳使用是MX3D公司的目标,因为——就像设计空间应用一样——MX3D设计中每减少一公斤的重量都是项目可行性的直接胜利。”

3D模型展示了MX3D 3D打印月球地板的网状设计。
通过圈定应力图分析和拓扑优化,地板的设计者能够使其明显比以前轻。图片来自欧洲航天局。

MX3D的建筑专业知识

基于金属XLMX3D称其为“第一个专用于机器人WAAM”的软件,以及安装在打印机上的ABB机械,该公司的方法使定制的大型建筑得以建造。最近,该公司也开始生产自己的系统与M1 3D打印机该公司最近获得了一项投资现金注入225万欧元为进一步的研发和发布提供资金。

自2015年成立以来,该公司已稳步扩大其技术的应用,从第一次3D打印的“Arc”自行车2016年,高达钢桥的连接器据说,这在2019年引起了“建筑公司的极大兴趣”。

使用其独特的WAAM方法,该公司还采取了桥梁建设,并公布了第一个这样的12米的结构2021年6月在阿姆斯特丹的Oudezijds Achterburgwal运河。使用CSIC,伦敦帝国理工学院阿兰·图灵研究所MX3D已经能够将传感器整合到构建中,从而能够收集数据以创建结构的数字孪生体。

当时,van der Velden声称,这座桥是“只是开始”公司的技术,和最近的航空航天项目的成功后,欧洲航天局的材料和流程负责人托马斯•罗尔已经公开的太空潜在MX3D robotic-led技术向前移动。

Rohr总结道:“MX3D的能力展示了令人鼓舞的工程和艺术的并行,这是AM已经进入我们社会的另一个伟大的例子。”“对于空间应用来说,这些技术不仅能提高性能,还能带来前所未有的设计解决方案。”

外层空间的3D打印

毫无疑问,MX3D的3D打印技术显示出越来越高的可扩展性,但它并不是第一个被用于在其他世界建造房屋的技术。德克萨斯州偶像,例如,已经被指派了任务美国国家航空航天局与发展中一个世界外建筑体系能够只用月球风化层建造一个永久月球基地。

最近,ICON还与3D打印是火星人的习惯准确地再现了宇航员在火星表面所经历的环境。从明年开始,NASA将在这个结构上进行为期三年的实地测试,测试其营养系统的功效,以及长期暴露在这颗红色星球上的生命对身体和行为的影响。

与此同时,美国以外的科学家德国不伦瑞克理工大学汉诺威激光天顶仪(LZH)已设法三维打印月球风化层在零重力第一次。该团队安装在探测车上的激光将月尘融化成月球结构,使飞行操作人员不必将沉重的货物从地球运到月球表面。

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特色图片显示MX3D的不锈钢3D打印月球地板。通过欧空局拍摄。