Trinamic技術在太空增材制造法中的應用

當今，全部航天器都是在地球上研發、測試和裝配，隨后由火箭運至各自的執行任務的地點。每一個部件都必須經受火箭發射的高負荷，而實際上工作的負荷一般相對較低。這些超大型部件的重量、體積和火箭飛行所需的繁雜測試流程，使其在太空的運輸成本很高。為減少這些費用，可選用生產制造方法，將航天器部件制造成可以直接用于軌道。

帶著這個想法，由8名來自慕尼黑應用科學大學的學生組合而成的一個團隊決定研發一個3D打印技術的原型，通過這個技術，太陽能電池板、天線或其他任何設備都可以直接進入太空。AIMIS-FYT—AIMIS用于太空增材制造—他們決定選用一種印刷方法，通過UV把光敏樹脂擠出來固化，Trinamic在其中扮演著重要角色。

一.應用程序

這種裝置基本上是由一個內置了笛卡兒3D打印運動學的基本結構所組合而成。該打印機有兩個平移和一個旋轉軸。這樣打印機就可以在固定平面上移動和旋轉。這樣系統就可以創建自由格式的結構。打印頭是該組實驗的主要力量，由步進電機驅動擠出機組合而成，在無重力條件下進行樹脂粘度分布。擠壓出流程中，樹脂經噴嘴后紫外線同時固化。

AIMIS-FYT詮釋了它的工作原理：“在我們的生產過程中，我們可以直接用機器人擠壓出所謂的“光敏聚合物”。其主要由擠出機組合而成，可將粘性光敏聚合物分布于機器內。這樣，樹脂就可以通過噴嘴噴出，隨后固化。噴嘴向外運動就能產生三維結構。這不像傳統的3D打印機那樣，是一層一層地做，而是可以直接擠出三維移動結合樹脂的體積。

二.迎接挑戰

AIMIS-FYT選用的打印工藝不同于傳統的FDM打印機，它使用UV固化樹脂。要想產生3D結構，這種樹脂需要以一種可控的和十分精確的方式分配。擠出機選用精密步進電機，以滿足這些需求。此外，整個設備需要安裝在一個小隔間里，并且能夠和團隊的軟件一同使用。該團隊決定使用TMCM-1070模塊，以充分利用步進電機的優勢。通過簡單的研究，我們了解了TMCM-1070的Trinamic驅動模塊。驅動模塊簡單易用，可通過步進、方向盤等接口控制，占用空間小，是一種可靠的解決方案。另外，這個模組位于一個盒子里，很容易滿足我們在Zero-G型飛機上進行實驗的需要，”來自慕尼黑的研究團隊說。

三.零重力測試

AIMIS-FYT團隊于2019年11月被選入FlyYourThesis2020!歐洲航天局(ESA)的一個項目允許大學生在幾個拋物線飛行中在微重力條件下進行科學和技術實驗。到2020年11月，整個法國波爾多飛行流程中，來自慕尼黑的團隊總共有90條拋物線來測試他們的技術。每一次拋物流程中，它們都會隨打印機一同在失重狀態下漂浮20秒左右。一共有90條拋物線將在3次飛行中完成，這樣我們就能完成總共90次試驗。試驗分為以上四種基本操作，在每一種基本功能下，測試不同的參數來識別它們對印刷工藝的影響。所以我們有各種各樣的傳感器，比如熱成像傳感器，氣壓傳感器，溫度傳感器等等。目的是打印90個不同尺寸和形狀的棒子，隨后詳細分析它們。試驗結果將用于印刷工藝的進一步優化，并證明我們的增材制造方法能夠在微重力下工作。未來，這項技術將會得到進一步的改進，甚至能夠在太空中進行試驗。

審核編輯：湯梓紅