Impresión de repuestos en gravedad cero

Apr 30, 2023

Una impresora 3D de metal estará a bordo cuando la próxima tripulación se dirija a la Estación Espacial Internacional, ISS. A largo plazo, la impresora se utilizará para fabricar piezas de repuesto en el espacio, pero también proporcionará nuevos conocimientos importantes que pueden conducir a una mejor utilización de los recursos en la Tierra.

Desde una estación espacial a cientos de kilómetros sobre la superficie de la Tierra, hay, como señala el profesor de DTU y experto en tecnología e instrumentos espaciales John Leif Jørgensen, un largo camino hasta el taller si de repente necesita una pieza de repuesto que no tiene en stock. . Una impresora 3D de metal podría ser la solución precisamente a ese desafío.

Esa es exactamente la razón por la que la gente de la misión Huginn, encabezada por el astronauta danés Andreas Mogensen, probará una nueva impresora en la ISS. La impresora ha sido desarrollada para este propósito por el fabricante europeo de aviones Airbus para la Agencia Espacial Europea, ESA. "Una impresora de este tipo puede producir exactamente los bits que necesita", dice John Leif Jørgensen.

La impresora está equipada con una boquilla que lanza un alambre de acero inoxidable. Un rayo láser derrite el cable mientras la impresora se mueve, creando el patrón seleccionado y construyendo el objeto para el que se ha configurado la impresora.

"Técnicamente, es solo un pequeño alambre de soldadura que se funde en su lugar con un rayo láser. Pero permitirá producir objetos complicados lejos de una sala de producción convencional", dice el profesor.

La visita a la ISS brindará a Airbus información importante sobre qué cambios pueden ser necesarios para que la impresora esté lista para fabricar piezas de repuesto en el espacio a mayor escala.

Como parte del proyecto, los astronautas imprimirán copias de una estructura de 5 cm de alto cuidadosamente diseñada. Los investigadores de DTU han producido modelos similares en la Tierra. Cuando el equipo de Huginn regrese, los investigadores tomarán medidas precisas de los dos modelos impresos para determinar qué diferencias pueden existir entre ellos.

"Todo lo que se fabrica en la Tierra se ve afectado por la gravedad. Esto significa que los efectos físicos pueden diferir a lo largo y ancho de la gravedad. Uno de esos efectos es que los objetos a menudo se calientan y enfrían de manera diferente cuando se procesan, lo que crea tensión interna, lo que a su vez puede causar que los materiales se deformen. La ausencia de gravedad en la ISS minimizará tales tensiones integradas en las cifras impresas", explica John Leif Jørgensen.

Mapear las diferencias entre los objetos impresos en la Tierra y en el espacio ayudará a los científicos a encontrar mejores respuestas a preguntas fundamentales sobre cómo se comportan los metales bajo diferentes condiciones térmicas y mecánicas.

Este conocimiento más profundo de la física de los materiales puede, por ejemplo, usarse para reducir el margen de seguridad que los fabricantes de objetos metálicos usan aquí en la Tierra y, por lo tanto, reducir el consumo de recursos, explica John Leif Jørgensen, "Por ejemplo, piezas para, por ejemplo, aviones se construyen sustancialmente más fuertes de lo necesario porque no sabemos exactamente cómo se comportan los materiales. Esto, obviamente, también se aplica a los automóviles y bicicletas, etc. utilizar en la sociedad actual si se puede reducir responsablemente el margen de seguridad y acercarse al límite".

Otros dos proyectos de DTU estarán involucrados en la misión Huginn, programada para ser lanzada en agosto.

Uno de los proyectos probará la realidad virtual (VR) como una herramienta para estimular el bienestar mental durante una misión espacial. Un consorcio encabezado por DTU entregará un sistema de realidad virtual que puede transportar a los astronautas a lugares pacíficos, como un arroyo en un bosque, y mejorar así el bienestar mental de los astronautas en misiones largas.

Es un desafío desarrollar equipos que funcionen en el espacio. Los sistemas de realidad virtual disponibles hacen uso de la gravedad para garantizar que el universo presentado al usuario esté orientado correctamente y que se muestre sin imágenes "parpadeantes" cuando, por ejemplo, los astronautas giran la cabeza.

En consecuencia, llevará mucho trabajo desarrollar un sistema que funcione igual de bien en gravedad cero, evitando así que los astronautas se mareen. Sin embargo, si funciona según lo previsto, abrirá las puertas para una aplicación más amplia de la realidad virtual en el espacio para la práctica, el entrenamiento y el entretenimiento.

En el segundo proyecto, Andreas Mogensen continuará capturando los poderosos rayos que emanan de las nubes de tormenta y alcanzan una altura de 50 kilómetros, y que capturó en video durante su primera misión breve en 2015.

Para la nueva misión, DTU Space equipará al astronauta danés con un sistema de cámara mucho mejor capaz de capturar hasta 100.000 imágenes por segundo con un contraste sin precedentes de la asombrosa actividad eléctrica, proporcionando así nuevos conocimientos y perspectivas sobre este fenómeno.

Las muchas imágenes nuevas, junto con los datos recopilados del observatorio climático espacial danés ASIM, donde DTU Space es responsable de la gestión científica, proporcionarán a los investigadores de DTU más conocimiento sobre cómo los rayos afectan la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y, por lo tanto, el clima de la Tierra.

Dicho conocimiento, por ejemplo, permitirá a los investigadores mejorar nuestros modelos climáticos.

Proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca