加拿大航天局和AON3D,将3D打印部件发送到太空用于医学研究

航空航天能源
2022
08/01
16:00
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南极熊导读,随着商业航天领域持续扩大到更大的私人市场,人们正在积极探索,将3D打印部件发射到太空去,探索可以产生什么样的奇妙变化。

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△加拿大航天局和AON3D合作,利用3D打印技术,将共同探索人类未知的知识盲区

2022年8月1日,南极熊获悉,热塑性塑料工业3D打印机制造商AON3D透露,国际空间站(ISS)已收到3D打印的零件,德国欧洲航天局(ESA)宇航员和材料科学家Matthias Maurer立即对它进行了一系列医学研究。

这家总部位于加拿大的公司,使用Sabic Chemicals的ULTEM 9085树脂,和高温工业3D打印机AON M2+创建了一个组件,用于探索不同的血液样本制备方法。

使用新部件进行离心分离,通过一个被称为血液分馏的过程将血液分离,这种技术用于分析宇航员的样本元素,以创造新的诊断信息。据悉,该部件在短短16小时内就被打印出来,它将有助于研究微重力对人体的短期和长期影响。

这种类型的机载研究,对于未来长期太空飞行的成功至关重要。典型的国际空间站任务通常需要6个月的往返时间。这还不包括未来人类往返火星的任务可能持续三年。在太空中增加更多的时间,可能会对人体产生其他影响,这就是为什么国际空间机构目前遇到的问题,缺乏长期生活所对应的经验和知识。因为,研究是建立深空任务基线的根本,科研人员,需要了解长期太空飞行对航天员潜在对健康问题。此外,快速、高效和可持续地打印零件,可以帮助加快研究进度。
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△国际空间站

技术难题
加拿大航天局(CSA)要求AON3D打印离心机部件。该公司成立于1990年,曾为詹姆斯-韦伯太空望远镜、Canadarm2机器人手臂、Dextre机器人助手和国际空间站的移动基地系统做出了贡献,通过投资空间技术支持创新、科学和经济发展。

对于这个特殊的部件,加空局面临的挑战是,为轨道实验室设计一个可供飞行的部件。由于工程团队发现,传统的制造方法,将大大增加原型设计的成本,并延迟最终使用部件的开发,因此它们转向了3D打印技术。

因为该技术允许通过内部原型设计,获得快速设计迭代的优势。在这种情况下,对每个设计进行细微的修改是很容易的。与可能需要数周和多个生产阶段的传统制造相比,在AON M2+上进行3D打印,只需几个小时就能生产出最终零件。

此外,该应用的材料选择,对于确保符合NASA的环保标准至关重要。这是一个主要的设计考虑因素,以确保太空中的零件符合所需的安全标准。根据NASA的环保标准,ULTEM材料符合标准,因为它在真空中的总质量损失(TML)很低,具有阻燃性能,而且无毒害。打印完成后,该部件在安全审查和美国宇航局发射前,被送到CSA进行机械测试。

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△AON3D的3D打印离心机部件

开展3D打印项目,是CSA未来目标的一部分。几年前,它还向加拿大3D打印公司Burloak Technologies授予了一个为期两年的项目,以加速该工艺在空间中对开发应用。

3D打印助力重返月球
在他们与AON3D的最新ULTEM离心机部件取得成功后,该机构对其它几个需要3D打印,来优化设计和制造的项目表示出了浓厚的兴趣。

该机构一直在考虑其他高温塑料,如PEEK,一种能够承受太空中极端加热和冷却循环的材料。未来,这种材料将被用于,开发3D打印热塑性月球车的地面原型,作为即将开展的PEEKbot项目的一部分,该项目由大学牵头,由加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)资助,旨在开发一种能够在月球夜晚中生存的月球车,月球晚间的温度可降至-208°F(-130℃度)。

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△Astrobotic 3D使用AON3D的机器,打印推进器原型

2016年,起初AON3D通过Kickstarter活动获得资金,除了地面业务,该公司一直专注于太空的3D打印部件。2020年9月,该制造商获得了1150万美元的资金,用于资助最终使用的热塑性部件的大规模生产,包括第一个成功登陆月球的3D打印物体。
通过与月球物流公司Astrobotic的合作,AON3D帮助该公司的Peregrine Mission One (PM1) 新一代月球车重新返回月球(该任务的目的,自阿波罗任务以来,第一个在月球上软着陆的美国月球车)。

根据计划,当PM1于2022年底,在月球着陆时,它将携带AON3D打印的最终用途部件,例如,用高级热塑性材料制成的夹具、支架和推进器原型等。





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