ESA и Zortrax реализуют 4D-печать для космоса

Поделиться этой статьей

Разрушая барьеры и переосмысливая будущее, польский производитель 3D-принтеров Zortrax стал пионером в разработке технологий 4D-печати после годичного проекта с Европейским космическим агентством (ЕКА) по продвижению исследования космоса.

Используя возможности 3D-принтера Zortrax M300 Dual и специальную версию Z-SUITE, их собственного программного обеспечения для 3D-печати, команда исследований и разработок Zortrax создала сложные 3D-структуры. Эти передовые конструкции были созданы с использованием полимеров с памятью формы и электропроводящих материалов, действующих как чувствительные приводы и нагреватели соответственно.

Сотрудничество этих материалов позволило создать демонстраторы технологий, способные демонстрировать три типа движений: изгиб, кручение и развертывание. Впечатляет то, что каждое движение можно активировать нажатием кнопки. Благодаря успешному завершению этого амбициозного проекта, Zortrax теперь стоит на пороге передовых проектов со значительным потенциалом финансирования, призванных стимулировать развитие этой технологии и внедрить электрически активируемую 4D-печать в сферу космических миссий.

Используя технологию 3D-печати с двойной экструзией и передовыми материалами, можно создавать надежные и легкие механизмы. Кроме того, эти механизмы функционируют независимо от отдельных приводов, двигателей или цепей управления, что знаменует собой значительный шаг вперед для других высокотехнологичных секторов, включая авиацию, энергетику и оборону.

Погружение в мир 4D-печати открывает интригующее четвертое измерение: время. Используя время в качестве дополнительной переменной, напечатанные объекты могут адаптировать свою геометрию и другие свойства в ответ на различные стимулы, такие как температура, влажность или электрический ток, во многом подобно структуре оригами, разворачивающейся при нагревании.

Эта концепция начала набирать обороты примерно в 2013 году, когда Скайлар Тиббитс, содиректор лаборатории самосборки Массачусетского технологического института (MIT), начала обсуждать и продвигать эту концепцию на различных технологических конференциях. В результате Тиббитсу часто приписывают создание термина «4D-печать».

По словам Михала Семашко, руководителя отдела исследований и разработок Zortrax, «4D-печать вызвала большой интерес в космической отрасли, поскольку теоретически эта технология может позволить инженерам и проектировщикам миссий уменьшить вес развертываемых конструкций, таких как антенны, стрелы и т. д. датчиков. Вес таких конструкций, изготовленных традиционно, всегда представляет собой сумму самой конструкции и механизма ее развертывания. Но если бы можно было вообще избавиться от механизмов развертывания, их можно было бы сделать еще легче и меньше».

Демонстратор раскладывания с электроприводом, изготовленный с использованием технологии 4D-печати. Изображение предоставлено Zortrax.

Хотя перспективность 4D-печати неоспорима, она не обходится без ряда препятствий. Например, технология требует подходящих «умных» материалов, которые могут со временем надежно изменять свою форму или свойства в ответ на определенные стимулы. Более того, контроль над окружающей средой, чтобы вызвать эти изменения, особенно в суровых условиях космоса, представляет собой уникальную задачу. Тем не менее, благодаря финансированию ЕКА, Zortrax разработал концепцию решения этих проблем.

«Наиболее часто используемым стимулом для активации механизмов, напечатанных на 4D-принтере, является температура. Что касается космических приложений, амплитуда изменения температуры может быть очень большой, и даже если ее можно использовать в качестве триггера для активации изменения формы, может быть сложно Поэтому в космических системах легче контролировать подачу электрического тока», — говорит Уго Лафонт, инженер по физике и химии материалов в ЕКА. «Идея этого проекта заключалась в том, чтобы воспользоваться возможностью термического изменения формы, но с использованием более контролируемой активации посредством тепла, генерируемого электрическим током. Такие концепции находятся на стадии оценки из-за их потенциала для уменьшения количества частей в сложных системах при сохранении их способность обеспечивать контролируемое движение и срабатывание по требованию».