На МКС опробуют фотополимерную 3D-печать керамоматричных деталей

2020: Опробование фотополимерной 3D-печать керамоматричных деталей

28 сентября 2020 года стало известно, о том что 2 октября 2020 года на Международную космическую станцию отправится еще один 3D-принтер, на этот раз космическая стереолитографическая аддитивная система разработки компании Made in Space. Оборудование будет использоваться в опытах по 3D-печати заготовок турбинных блисков из керамоматричных композиционных материалов.

Как пояснялось, до октября 2020 года применение технологий аддитивного производства в космосе ограничивалось эксплуатацией 3D-принтеров по технологии послойного наплавления полимерных прутков (FDM) и биопринтеров для экспериментов по 3D-печати живыми клетками. На октябрь 2020 года Международная космическая станция оборудована FDM-системой второго поколения Additive Manufacturing Facility, устройствами для переработки пластиковых отходов Refabricator и Braskem Recycler, а также двумя биопринтерами — разработанной американскими компаниями Techshot и nScrypt системой BioFabrication Facility и магнитным биопринтером «Орган.Авт» за авторством российской лаборатории 3D Bioprinting Solutions. Данная система под названием Ceramic Manufacturing Module (CMM) полагается уже на технологию лазерной стереолитографии — 3D-печати жидкими фотополимерными смолами, отверждаемыми лазерным излучателем.

У эксперимента есть конкретная цель: разработчики намереваются опробовать аддитивное производство керамоматричных изделий на примере турбинных блисков — монолитных колес с лопатками. В качестве расходных материалов будут использоваться фотополимерные смолы с добавлением керамических прекурсоров. Как поясняет Made in Space, в случае с деталями для турбин, атомных электростанций или двигателей внутреннего сгорания повышение прочностных характеристик даже на один-два процента может обеспечить прирост сроков эксплуатации, измеряемый годами, если не десятилетиями. Кроме того, керамоматричные композиты могут эксплуатироваться при температурах на сотни градусов выше, чем жаропрочные сплавы.

Исследователей интересует, насколько положительным окажется влияние микрогравитации: 3D-печать подобными материалами на Земле осложняется постепенным выпаданием наполнителя в осадок, в невесомости же можно будет добиться более равномерного распределения наполнителя. Отжиг и спекание заготовок в готовые изделия будут производиться уже на Земле.

В исследовательской программе принимают участие калифорнийские компании HRL Laboratories и Sierra Turbines при содействии Космического центра NASA имени Линдона Джонсона. С разработкой аддитивного оборудования и испытаниями системы в условиях искусственной микрогравитации во время полетов по параболической траектории помогала компания-производитель стереолитографических 3D-принтеров B9Creations.

Как поясняет генеральный директор Sierra Turbines Роджер Смит, его компания рассматривает два возможных направления применения данной технологии. Первое — производство деталей для космических аппаратов с повышенной устойчивостью к воздействию высокоэнергетичных частиц и атомарного кислорода. Второе — изготовление деталей для применения на Земле, например высокотемпературных турбинных лопаток.

Изделия из керамоматричных композитов способны выдерживать эксплуатационные температуры свыше 1100°C, что может помочь с повышением топливной экономии и эффективности авиационных двигателей в целом. Опыты по производству заготовок керамоматричных деталей в условиях невесомости могут помочь реализовать дополнительные бонусы в виде снижения массы и остаточных напряжений, а также повышения порога механической усталости.

Запуск ракеты-носителя Antares и грузового корабля Cygnus с аддитивным оборудованием на борту намечен на 2 октября 2020 года c космодрома Уоллопс^[1].

Примечания