¿Cómo se realiza la impresión 3D en el espacio?

Este artículo establece que la impresión 3D se ha realizado en el espacio exterior, en la Estación Espacial Internacional.

Tengo curiosidad por saber cómo funciona de manera diferente a la impresión 3D en la Tierra. ¿Se deben tomar medidas adicionales para garantizar que el filamento se extruya correctamente sobre la cama de impresión o durante otros pasos?

Lo más probable es que las impresoras 3D utilizadas en ISS no incorporen alguna diferencia fundamental que les permita imprimir en gravedad cero.

Algunas personas en 3Dprint.com plantearon una pregunta muy similar, y pensaron que al voltear su impresora 3D al revés:

No hay mucha diferencia en absoluto. Es bastante interesante ver cómo la orientación tiene poco efecto en la calidad.

Uno de los primeros modelos de impresoras 3D, la impresora Bukito , demostró que su impresora era tan portátil que incluso podía imprimir en movimiento y al revés .

En otras palabras, algunas impresoras 3D de consumo ya imprimen al revés, por lo que probablemente también imprimirían en gravedad cero.

(Esa es la historia corta de todos modos. ¡Eche un vistazo a la publicación de Ryan, que da una excelente descripción de las partes más intrincadas de la impresión espacial!)

Para responder a su pregunta, debe considerar cómo se adhiere el filamento derretido al lecho de impresión y a otras capas, y si la gravedad tiene algún efecto sobre cómo se adhiere. La respuesta es que la gravedad no tiene ningún efecto real sobre la adherencia al filamento. En cambio, el plástico se une a la superficie del lecho de impresión, y luego las capas posteriores se fusionan con la capa anterior. La gravedad tampoco tiene ningún efecto sobre cómo se alimenta el filamento o cómo se mueven las correas y los engranajes. Es posible que no se puedan utilizar ciertos soportes de rollo de filamento si no sujetan el rollo hacia abajo, y la impresora también debe sujetarse. Pero, quizás sorprendentemente, en realidad no hay nada más que deba hacerse de manera diferente para que una impresora funcione en el espacio.

El primer gran problema específico del espacio es en realidad la calidad del aire. ¡No puede abrir una ventana para expulsar el olor a ABS fundido de la EEI!

Las impresoras FFF emiten humos y nanopartículas. En una estación espacial, el mismo aire se recicla una y otra vez, y los sistemas de purificación de aire tienen un conjunto específico de contaminantes para los que están optimizados, así como una capacidad de diseño para la renovación del aire y las tasas de eliminación de químicos que no se ajustarán. solo porque alguien está imprimiendo un trinquete espacial hoy. La protección de la calidad del aire de la cabina es un factor de diseño enorme para cualquier experimento que vaya al espacio.

Los experimentos de impresión Made in Space en la ISS hasta la fecha se realizaron en una de las cámaras de experimentos de vacío, por lo que cualquier humo sin filtrar (o brotes de fuego) podría ventilarse directamente al espacio si es necesario. A la larga, esto no va a funcionar: otros experimentos pueden necesitar la cámara de vacío, o las impresoras de "producción" pueden ser demasiado grandes para caber. Por lo tanto, la impresora necesita tener su propio sistema interno de purificación de aire.

Otra limitación importante del diseño es la supervivencia del lanzamiento. Las cargas útiles de los cohetes deben estar diseñadas para fuerzas g extremas sin 1) daño o 2) desplazamiento de masa interno significativo que afectaría el centro de gravedad de la carga útil.

El peso total de la carga útil también es bastante importante aquí: elevar la masa a una órbita terrestre baja es CARO.

Sorprendentemente, el entorno de microgravedad en sí mismo no es tan importante. El plástico fundido es altamente viscoso y se queda donde lo pones el tiempo suficiente para solidificarse, siempre y cuando se pegue a algo. Pero se me ocurren dos impactos.

• Primero, un carrete de filamento no asegurado intentará desenrollarse. La gravedad no proporcionará la fricción de contacto en la que usualmente confiamos para evitar que los carretes aniden. (Piénselo: un carrete bien enrollado es literalmente un resorte helicoidal gigante).
• En segundo lugar, los flujos de calor son diferentes en microgravedad: no puede confiar en la convección pasiva para enfriar la impresión o los motores. Se deben hacer ajustes para un flujo de aire forzado suficiente y un disipador de calor en cualquier cosa que requiera enfriamiento. Y eso incluye el gabinete en sí, ya que, como se mencionó anteriormente, la cámara de impresión debe sellarse herméticamente para controlar la calidad del aire.

Finalmente, la confiabilidad es crítica. Amazon no entrega a la ISS (todavía). Incluso un solo tornillo pelado puede dejar la impresora fuera de servicio durante meses hasta que una pieza de repuesto pueda encajar en un próximo lanzamiento de suministros. Que la impresora se incendie porque algo en corto sería catastrófico.

Entonces, en realidad, se trata de hacer que una impresora sea lo suficientemente robusta como para funcionar, operar de manera segura y nunca romperse. La impresión al revés es trivial en comparación.