Druk 3D w warunkach kosmicznych. Nowy projekt polskich naukowców

Grupa naukowców z Politechniki Wrocławskiej uczestniczy w międzynarodowym konsorcjum, które chce umożliwić druk 3D w warunkach kosmicznych. W efekcie ma powstać rozwiązanie umożliwiające na przykład produkcję części zamiennych na orbicie.

Zastosowanie w technologii druku 3D z metalu drutu litego zwiększa wydajność procesu

.Praca wrocławskich inżynierów to część projektu „Laser metal wire deposition in absence of gravity (Lamda-g)”, realizowanego w ramach konkursu Europejskiej Agencji Kosmicznej – poinformował we wtorek PAP Michał Ciepielski z biura prasowego Politechniki Wrocławskiej.

Kierujący pracami wrocławskich naukowców dr inż. Paweł Widomski z Katedry Obróbki Plastycznej, Spawalnictwa i Metrologii Politechniki Wrocławskiej podkreślił, że projekt zakłada wykorzystanie w druku 3D z metalu innej niż dotychczas technologii, opartej na laserowym topieniu litego drutu (ang. Laser Metal Wire Deposition).

– Przez wiele lat druk 3D z metalu kojarzył się głównie z technologiami proszkowymi, które choć precyzyjne, mają istotne ograniczenia. Proszek metaliczny jest nie tylko kosztowny, ale jego użycie wymaga szczelnie zamkniętych komór, co znacząco ogranicza rozmiar projektowanych elementów – powiedział dr Widomski podkreślając, że używanie proszków metali w stanie nieważkości stwarza dodatkowo duże problemy techniczne.

Naukowiec zwrócił uwagę, że zastosowanie w technologii druku 3D z metalu drutu litego zwiększa wydajność procesu. Pozwala osiągnąć kilkukrotnie większe przyrosty drukowanego materiału w ciągu określonego czasu niż zastosowanie technologii proszkowej.

Spośród metod wykorzystywanych do topienia metalu wrocławski zespół zdecydował się na laser i zastosowanie głowic typu coaxial (z układem wielu laserów o niskiej mocy). Ta technologia ma zapewniać stabilność w procesie nadbudowywania kolejnych warstw, szczególnie przy braku grawitacji.

Dr Widomski wskazał, że w stanie nieważkości fizyka procesu druku 3D z metalu różni się znacząco od procesów wykonywanych w warunkach ziemskich. – Bez grawitacji zmienia się sposób osadzania, ponieważ kropla może nam „uciekać”, o ile nie będzie wystarczającej lepkości. Inaczej przebiegać będzie chłodzenie materiału i jego krystalizacja, co może prowadzić do powstawania naprężeń, pęknięć lub błędów w strukturze metalu. Musimy więc przewidzieć, jak zachowa się ciekły metal, by uniknąć sytuacji, w której energia będzie zbyt niska, by stopić drut, lub zbyt wysoka, co prowadzi do jego rozpływania i zniekształcenia wyrobu – mówił naukowiec.

Wyzwaniem jest też miniaturyzacja urządzenia służącego do takiego druku, które nie powinno być większe niż kuchenka mikrofalowa. – Na stacjach kosmicznych, takich jak ISS, ograniczone są możliwości korzystania z energii elektrycznej. To dlatego całe urządzenie musi pracować przy mocy około 1 kilowata, co można porównać do zużycia prądu przez niewielki czajnik elektryczny. W tym limicie musi się zmieścić praca lasera topiącego metal, systemy chłodzenia, komputery sterujące oraz mechanizmy pozycjonujące – dodał dr Widomski.

Druk 3D w warunkach kosmicznych mógłby zmienić bardzo wiele

.Urządzenie ma służyć m.in. do wytwarzania części zamiennych na orbicie, co pomoże w znaczący sposób usprawnić funkcjonowanie stacji kosmicznych.

Projekt Lamda-g realizuje konsorcjum, w skład którego wchodzą Uniwersytet w Manchesterze (lider, Wielka Brytania), Uniwersytet w Cranfield (Wielka Brytania), Uniwersytet w Dublinie (Irlandia), Instytut Fizyki Materiałów w Kosmosie w Kolonii (Niemcy) oraz Politechnika Wrocławska. Wrocławscy naukowcy będą zaangażowani w opracowanie systemu druku 3D, analizę mikrostruktury i właściwości wydruków oraz dobór parametrów, które zagwarantują najwyższą jakość i bezpieczeństwo druku w kosmosie.

Urządzenie, które powstanie, ma być testowane podczas lotów parabolicznych w rakietach suborbitalnych typu Maxus, które są wykorzystywane w programie badań mikrograwitacyjnych.

Zakończenie projektu Lamda-g planowane jest w 2029 r.

Księżyce krążące wokół swobodnych egzoplanet mogą być zdatne do życia

.Astronomowie odkryli, że księżyce krążące wokół swobodnych egzoplanet mogą posiadać warunki sprzyjające powstaniu życia. Potencjalnie może to wskazywać, że organizmy mogły się rozwinąć w większej liczbie miejsc we Wszechświecie, niż dotychczas sądzono.

Wramach nowego badania, naukowcy pod kierownictwem Davida Dahlbüddinga z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Giulii Roccetti z ESA, odkryli, że gdyby księżyce krążące wokół swobodnych egzoplanet, posiadałyby gęste, zdominowane przez wodór atmosfery mogłyby zatrzymywać znaczną część ciepła generowanego głęboko w ich wnętrzach przez siły pływowe. Astronomowie przewidują, że wodór mógłby działać jako silny gaz cieplarniany, potencjalnie zapewniając warunki sprzyjające rozwojowi życia nawet przez miliardy lat po wyrzuceniu ich macierzystych planet z ich układów gwiezdnych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Naukowcy odkryli już wiele swobodnych egzoplanet dryfujących w przestrzeni międzygwiazdowej, z których większość została prawdopodobnie wyrzucona ze swoich układów macierzystych w wyniku gwałtownych oddziaływań grawitacyjnych w odległej przeszłości. W wyniku podróży te samotne światy prawdopodobnie stały się niezwykle zimne i ciemne, jednak jak wskazują naukowcy ich księżyce mógł jednak spotkać inny los.

W trakcie wyrzucenia, jak opisują badacze, orbita księżyców mogła stać się silnie wydłużona, co powodowałyby jego rozciąganie i ściskanie przez grawitację planety macierzystej. Podobnie jak w przypadku Europy i Enceladusa w naszym Układzie Słonecznym, te siły pływowe mogłyby generować ogromne ilości ciepła wewnętrznego.

Jeśli atmosfera takiego księżyca byłaby na tyle niestabilna, by gazy mogły się skraplać, większość tego ciepła pływowego po prostu uciekałaby w przestrzeń kosmiczną. Jednak w przypadku atmosfer zdominowanych przez wodór, w których panowałoby znaczne ciśnienie, mogłoby to nie mieć miejsca.

W obecnej atmosferze Ziemi cząsteczki wodoru (proste pary połączonych atomów wodoru) mają niewielki wpływ na ocieplenie, jednak w warunkach wysokiego ciśnienia mogą pochłaniać ciepło dzięki procesowi znanemu jako absorpcja indukowana zderzeniami (collision-induced absorption – CIA). Podczas krótkotrwałych zderzeń cząsteczki wodoru tworzą tymczasowe struktury utrzymywane przez słabe, niekowalencyjne oddziaływania, znane jako supramolekularne kompleksy (supramolecular complexes).

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/pepites/ksiezyce-krazace-wokol-swobodnych-egzoplanet-moga-byc-zdatne-do-zycia/

PAP/MB