这款为 NASA 打造的火星栖息地 3D 打印机如何工作?

3D打印 印刷材料 部分识别 欧特克 混凝土打印机
2021-04-24 02:43:49

ArchDaily 的文章AI SpaceFactory 赢得 NASA 的 3D 打印火星栖息地挑战,展示了一种使用不寻常材料的 3D 打印设备,其中包含

从玛丽安岩石(模拟物)和可再生植物基生物塑料中提取的玄武岩纤维。

下图显示了打印机的一部分。这台打印机只是让浆液干燥,还是混合物会以某种方式自发地催化或硬化?我还想知道中央喷嘴周围的(看起来像)十二根黑色软管是什么。

AI SpaceFactory NASA 百年挑战

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1个回答

让我们从总体设计外观开始:这台打印机包含一个带有工具头的机械臂,非常类似于焊接机器人,并且可能由类似的 CAM 软件控制。

焊接机器人图片来自Robotics.org

刀头

这里真正有趣的部分是工具头。因此,让我们来看看它,并尝试通过它们的放置方式和可以看到的关于它们的内容以及 OP 提供的信息,对某些部件的使用进行逆向工程。

黑管

有一束12根黑色的管子,从主体到打印头,结束于一段距离圆盘的一侧。对我来说,这些看起来很像一个输送气流的系统,所以很可能是某种冷却系统。机器底部的巨大风扇进一步支持这一点,将空气泵入软管。

银罐

第一张图片显示了一个带有 V7(版本 7?)或 VT(如弗吉尼亚理工大学)或类似标签的银色坦克。这通过灰色软管连接到打印机的底座。将它安装在挤出机上暗示着这是一个料斗,很可能将打印材料保持在颗粒状或粉末状,并通过灰色软管进料。根据问题中给出的信息,它可能是某种 PLA(由玉米淀粉合成)或其他使用火星尘埃作为填充材料的生物塑料从这里,打印材料落入中央列......

中柱

...通过距离盘向下进入厚喷嘴,因此它必须是挤出机和加热器组合。在它的顶部,有一个 Z 方向的大型步进电机,这表明哑光灰色管的内部是一个心轴,将熔化的颗粒通过加热元件压入下面的喷嘴。

印刷材料和更多信息

最后一张图片自豪地显示了打印机侧面的“Autodesk”。2018 年 8 月,Autodesk 有一篇关于太空打印的文章,其中美国宇航局拥有的 GMRO 的 Nathan Golino 表示:

磨损一直是我们使用的 3D 打印机的一个问题。当材料通过系统挤出时,进料螺杆、机筒和喷嘴非常粗糙。

这证实了类似于颗粒式挤出机的一般构成。

将少量废塑料与称为风化层的碎石混合,可以形成一种比混凝土更坚固的添加剂建筑材料。(在图片说明上)

我们在增材建造实验中使用的材料是与废弃聚合物混合的风化层。您可以以宇航员垃圾和运输容器的形式获得聚合物,或者您可以合成聚合物。您可以将其用作风化层的粘合剂,聚合物与风化层的比例相对较低,从而使建筑材料在压缩方面与波特兰水泥非常相似,而拉伸强度则强 20 倍。

“废弃聚合物”可以是从 ABS 到 PETG、从 ASA 到 PC 到 PLA 的任何东西,但塑料与风化层的混合物似乎处于高风化层一侧。看起来它的行为更像是塑料而不是混凝土,在冷却时从熔化的糊状物硬化/固化成坚硬的混凝土。

作为一个有趣的额外花絮:Golino 还表示,火星打印机目前处于 2 到 3 级,其中 0 是“一般概念”,9 是“准备飞行”,因此处于早期开发阶段。

进一步阅读该项目的背景——2015 年的设计竞赛——暗示手臂的软件甚至可能是Autodesk PowerMill。

回顾打印机漏斗上是 V7 还是 VT的问题,弹出了一篇与 OP 问题中打印的圆顶相同文章:弗吉尼亚理工大学曾是参加上述设计竞赛决赛的工作人员之一,并且是决赛的一部分。他们与AI Space Factory团队合作,最终获胜。在一篇相关的文章中,打印机 OP 向我们展示了可以从不同的角度看到我们,并去除了冷却管,并使用了不同的更长的挤出机。它告诉我们更多关于团队和参与者的工作分配:

由 AI SpaceFactory 在 Autodesk BUILD Space 中打印的大幅面容器,用于竞赛的施工阶段。该工具是与弗吉尼亚理工大学和 Autodesk 合作开发的。

其背后的主要公司AI SpaceFactory于 2019 年 4 月 10 日YouTube 视频中展示了一个不同的版本——没有冷却管的版本,以及风冷版本在20195 月 3 日的比赛决赛中的表现(警告, 10 小时的 3D 打印!)在9:52:12,我们也开始了解图 1 中的磁盘是什么:由于导航问题,它是结构的端盖,不幸地从孔中掉了下来。

在下面的简短评论视频中,我们看到打印机还包含某种夹具来放置窗框和天窗,以及在打印后进行的承载测试。显然,他们使用的材料经过精心设计,可以在再次将其磨成灰尘后重新使用。