Airbus เผยความสำเร็จ “การพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะ 3D ชิ้นแรก” บนอวกาศ

อัปเดตล่าสุด 10 ต.ค. 2567

หลังจากเครื่องพิมพ์โลหะ 3D ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์โลหะตัวแรกที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) เป็นเวลาเจ็ดเดือน ชิ้นส่วนโลหะ 3D ชิ้นแรกถูกพิมพ์ขึ้น ทีมงานทำได้อย่างไร?

Advertisement

วันที่ 6 กันยายน 2024 - บริษัทแอร์บัส ผู้ผลิตเครื่องบินของฝรั่งเศส ได้เผยเบื้องหลังการพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะ 3D ชิ้นแรกสำเร็จ ในสภาพไร้แรงโน้มถ่วงบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นโลก 400 กิโลเมตร ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นก้าวสำคัญสู่ความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนบนวงโคจร

ในเดือนมกราคม 2024 เครื่องพิมพ์โลหะ 3D ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) เครื่องแรกที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศได้เดินทางมาถึง ISS สำเร็จ เครื่องพิมพ์นี้ได้รับการพัฒนาโดย Airbus Defence and Space, AddUp, Cranfield University และ Highftech Engineering ภายใต้การสนับสนุนจาก ESA

เมื่อเครื่องพิมพ์ติดตั้งในโมดูลโคลัมบัสของ ISS เมื่อเดือนพฤษภาคมที่ผ่านมา และประตูของเครื่องพิมพ์ถูกปิดอย่างแน่นหนา ขั้นตอนการพิมพ์จึงเริ่มต้นขึ้น การดำเนินการพิมพ์อยู่ภายใต้การดูแลของหน่วยงานอวกาศฝรั่งเศส CNES จากศูนย์ควบคุมสำหรับสินค้าบรรทุกของ ISS มีผู้ควบคุมจาก Airbus และ CNES เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการเป็นไปอย่างราบรื่น

การเริ่มพิมพ์ ทีมงานเริ่มต้นด้วยการทดสอบการใช้งาน ซึ่งเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการทดสอบระบบย่อยของเครื่องพิมพ์ 3D ให้ทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตั้งแต่ระบบการฝากโลหะสแตนเลส ระบบเลเซอร์ ระบบสายเคเบิล และการประสานงานของแผ่นเคลื่อนที่ของเครื่องพิมพ์ เพื่อให้มั่นใจว่าการพิมพ์โลหะจะเป็นไปตามเส้นทางที่กำหนด

การทดสอบสุดท้ายก่อนเริ่มใช้งานจริงได้เริ่มจากการพิมพ์ 2D ด้วยอักษรตัว S โดย Anthony Lecossais วิศวกรหลักด้านโลหะ 3D เผยว่า "ต่อไปเราต้องเปลี่ยนเป็น 3D ซึ่งหมายถึงการพิมพ์หลายชั้นซ้อนกัน ซึ่งมันไม่ใช่เรื่องง่าย และเราต้องเผชิญกับความไม่แน่นอนบางประการ"

จากพารามิเตอร์ทั้งหมดในการพิมพ์ 3D ความสูงของชั้นเป็นสิ่งที่ต้องให้ความสำคัญมากที่สุด ความสูงจะถูกวัดก่อนที่จะส่งคำสั่งการปรับความสูงไปยังชั้นถัดไป และมีชั้นมากกว่า 200 ชั้นที่จะพิมพ์

จนถึงกลางเดือนกรกฎาคม และหลังจากพิมพ์ไปแล้ว 55 ชั้น ครึ่งหนึ่งของตัวอย่างแรกได้ถูกพิมพ์เสร็จ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของอัตราการพิมพ์ที่เพิ่มขึ้น โดยอาศัยแหล่งข้อมูลการปรับแต่งทั้งบนภาคพื้นและบน ISS ตัวอย่างเช่น หลังจากการวิเคราะห์ความต้องการเสียง เวลาการพิมพ์จึงเพิ่มขึ้นจาก 3.5 เป็น 4.5 ชั่วโมงต่อวัน

จากนั้นกระบวนการพิมพ์สามารถเริ่มต้นได้ โดยจะฝากวัสดุหลอมเหลวลงบนแผ่นเคลื่อนที่ในรูปทรงที่ต้องการ เพื่อสร้างชิ้นส่วนทีละชั้น โดยหลอมสายสแตนเลสด้วยเลเซอร์กำลังสูง

ในช่วงต้นเดือนสิงหาคม ชิ้นงานตัวอย่างแรกได้ถูกพิมพ์เสร็จ เครื่องพิมพ์โลหะ 3D ถูกเก็บไว้ในกล่องปิดผนึกซึ่งทำหน้าที่เหมือนตู้เซฟเพื่อรักษาบรรยากาศที่เหมาะสมภายในเครื่องพิมพ์ด้วยระดับออกซิเจนที่ต่ำมากและเพื่อความปลอดภัยบนยานอวกาศ ในระหว่างขั้นตอนการพิมพ์ ออกซิเจนในกล่องนี้ถูกแทนที่ด้วยไนโตรเจนเพื่อปกป้อง ISS และลูกเรือจากความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการใช้เลเซอร์กำลังสูงเพื่อให้ถึงจุดหลอมเหลวของโลหะที่สูงกว่า 1,200°C การสลับออกซิเจนด้วยไนโตรเจนยังช่วยป้องกันโลหะจากการเกิดออกซิเดชัน

ขั้นตอนสุดท้ายคือการนำบรรยากาศภายในเครื่องพิมพ์กลับสู่สภาพปกติ เพื่อเปิดกล่องที่ปิดแน่นโดยไม่ทำให้เกิดการลดความดัน ในวันที่ 21 สิงหาคม นักบินอวกาศ Sunita Williams และ Jeanette Epps ได้เก็บตัวอย่างแรกจากเครื่องพิมพ์โลหะ 3D

เทคโนโลยีที่ช่วยสร้างความสามารถในการผลิตในอวกาศ “ตัวอย่างแรกนี้จะช่วยให้ ESA สามารถศึกษาผลกระทบของสภาพไร้แรงโน้มถ่วงต่อกระบวนการพิมพ์โลหะ 3D โดยการเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนนี้ที่ผลิตในอวกาศ กับชิ้นส่วนเดียวกันที่ผลิตในห้องปฏิบัติการที่ตูลง” Lecossais กล่าว

ชิ้นส่วนอีกสามชิ้นที่จะถูกพิมพ์จะมีการแสดงคุณสมบัติต่าง ๆ ของโลหะ ชิ้นส่วนทั้งสี่จะถูกวิเคราะห์ที่พื้นดินที่ ESTEC ศูนย์นักบินอวกาศยุโรป และมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก หลังจากกลับจาก ISS

“หนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของการสาธิตเทคโนโลยีนี้คือการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับผลกระทบของไร้แรงโน้มถ่วงต่อประสิทธิภาพการพิมพ์ให้ได้มากที่สุด เรามีความยินดีที่สามารถพิมพ์ได้สำเร็จในครั้งแรก!" Lecossais สรุป “มันจะช่วยพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับความต้องการในการผลิตในอวกาศ ตั้งแต่การสร้างเครื่องมือและการซ่อมแซม ไปจนถึงการก่อสร้างเสริม เปิดโอกาสใหม่สำหรับภารกิจการสำรวจอวกาศในอนาคต”