Wie erfolgt der 3D-Druck im Weltraum?

In diesem Artikel heißt es, dass der 3D-Druck auf der Internationalen Raumstation im Weltraum durchgeführt wurde.

Ich bin gespannt, wie das anders funktioniert als der 3D-Druck auf der Erde. Müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass das Filament richtig auf das Druckbett oder während anderer Schritte extrudiert wird?

Höchstwahrscheinlich weisen die auf der ISS verwendeten 3D-Drucker keine grundlegenden Unterschiede auf, die es ihnen ermöglichen, in der Schwerelosigkeit zu drucken.

Einige Leute bei 3Dprint.com stellten eine sehr ähnliche Frage und stellten fest, dass, wenn ihr 3D-Drucker auf den Kopf gestellt und auf die Seite gestellt wurde:

Es gibt überhaupt keinen großen Unterschied. Es ist sehr interessant zu sehen, wie wenig die Ausrichtung die Qualität beeinflusst.

Eines der frühen 3D-Druckermodelle - der Bukito- Drucker - zeigte, dass der Drucker so tragbar war, dass er sogar unterwegs und auf dem Kopf stehend drucken konnte .

Mit anderen Worten, einige Consumer-3D-Drucker drucken bereits verkehrt herum und würden daher wahrscheinlich auch in der Schwerelosigkeit drucken!

(Das ist sowieso die Kurzgeschichte. Schauen Sie sich Ryans Beitrag an, der eine großartige Beschreibung der komplizierteren Teile des Raumdrucks enthält!)

Um Ihre Frage zu beantworten, müssen Sie überlegen, wie das geschmolzene Filament am Druckbett und an anderen Schichten haftet und ob die Schwerkraft einen Einfluss darauf hat, wie es haftet. Die Antwort ist , dass die Schwerkraft ist nicht irgendwelche echten auf dem Stick-to-itivity beeinflussen des Filaments. Stattdessen verbindet sich der Kunststoff mit der Druckbettoberfläche, und die nachfolgenden Schichten verschmelzen mit der vorherigen Schicht. Die Schwerkraft hat auch keinen Einfluss darauf, wie das Filament zugeführt wird oder wie sich die Riemen und Zahnräder bewegen. Bestimmte Filamentrollenhalter können möglicherweise nicht verwendet werden, wenn sie die Rolle nicht festklemmen, und der Drucker muss ebenfalls festklemmt werden. Aber vielleicht überraschend, gibt es nicht wirklich etwas, das anders gemacht werden muss, damit ein Drucker im Weltraum funktioniert.

Das erste große weltraumspezifische Problem ist die Luftqualität. Sie können nicht einfach ein Fenster öffnen, um den geschmolzenen ABS-Geruch von der ISS abzulüften!

FFF-Drucker setzen Dämpfe und Nanopartikel frei. In einer Raumstation wird die gleiche Luft immer wieder recycelt, und die Luftreinigungssysteme verfügen über einen bestimmten Satz von Schadstoffen, für die sie optimiert sind, sowie über eine Auslegungskapazität für den Luftumschlag und die Chemikalienentfernungsraten, die nicht angepasst werden können Nur weil heute jemand eine Weltraumratsche druckt. Der Schutz der Luftqualität in der Kabine ist ein wichtiger Designfaktor für jedes Experiment, das in den Weltraum geht.

Die bisherigen Made in Space-Druckexperimente auf der ISS wurden in einer der Vakuumexperimentkammern durchgeführt, sodass bei Bedarf ungefilterte Dämpfe (oder Feuerausbrüche) direkt in den Weltraum abgelassen werden konnten. Auf lange Sicht wird dies nicht funktionieren - für andere Experimente ist möglicherweise die Vakuumkammer erforderlich, oder "Produktions" -Drucker sind möglicherweise zu groß, um eingesetzt zu werden. Der Drucker muss daher über ein eigenes internes Luftreinigungssystem verfügen.

Ein weiteres wichtiges Konstruktionskriterium ist das Überleben des Starts. Raketennutzlasten müssen für extreme Beschleunigungskräfte ausgelegt sein, ohne dass 1) Schäden oder 2) erhebliche interne Massenverschiebungen auftreten, die den Schwerpunkt der Nutzlast beeinflussen würden.

Das Gesamtgewicht der Nutzlast spielt auch hier eine wichtige Rolle: Das Heben der Masse in die Erdumlaufbahn ist Teuer.

Überraschenderweise ist die Mikrogravitationsumgebung selbst keine so große Sache. Geschmolzener Kunststoff ist hochviskos und bleibt so gut wie dort, wo er sich verfestigt, solange er an etwas haftet. Es fallen mir jedoch zwei Auswirkungen ein.

• Zunächst versucht eine ungesicherte Filamentspule, sich selbst abzuwickeln. Die Schwerkraft liefert nicht die Kontaktreibung, auf die wir uns normalerweise verlassen, um das Nisten von Spulen zu verhindern. (Denken Sie darüber nach: Eine dicht gewickelte Spule ist im wahrsten Sinne des Wortes eine riesige Schraubenfeder.)
• Zweitens unterscheiden sich die Wärmeströme in der Schwerelosigkeit - Sie können sich nicht auf passive Konvektion verlassen, um den Druck oder die Motoren zu kühlen. An allen Stellen, die gekühlt werden müssen, muss eine ausreichende Luftzirkulation und Wärmeableitung gewährleistet sein. Und das schließt das Gehäuse selbst ein, da die Druckkammer, wie oben erwähnt, zur Kontrolle der Luftqualität dicht verschlossen sein muss.

Schließlich ist die Zuverlässigkeit entscheidend. Amazon liefert (noch) nicht an die ISS. Sogar eine einzelne, abisolierte Schraube kann den Drucker für Monate außer Betrieb setzen, bis ein Ersatzteil in eine bevorstehende Produkteinführung passt. Wenn der Drucker in Brand gerät, weil ein Kurzschluss katastrophal wäre.

Es geht also wirklich darum, einen Drucker so robust zu machen, dass er sicher funktioniert und niemals kaputt geht. Drucken auf dem Kopf ist im Vergleich dazu trivial.