SpaceCAL 3D-udskrivning i mikrogravitation mærket som en succes af forskere ombord på Virgin Galactic 07

En gruppe forskere ved University of California, Berkeley, har for nylig gennemført endnu en vellykket test af deres mikrogravitation 3D‑udskrivningssystem, SpaceCAL. Denne næste‑generations enhed kan åbne døren for dyb rumrejse ved at gøre det muligt for astronauter at udskrive dele, værktøj, medicin og endda organer efter behov. Disse kapaciteter er stadig langt væk, og denne seneste test markerer endnu en milepæl i deres rejse.

Forskning i udskrivning i rummet er steget markant de sidste fem år. Disse enheder adskiller sig fra deres jordbaserede forgængere, fordi de ikke kan stole på tyngdekraften til at hjælpe lagdelingsprocesserne. Som følge heraf har ingeniører måttet udvikle nye måder at forme deres udskrifter på.

CAL

SpaceCAL‑projektet udnytter en ny metode til 3D‑udskrivning kaldet CAL “computed axial lithography“. Denne metode introducerer følsomme polymerer, der reagerer på lys. Den fotosensitive harpiks kan formes med laser til komplekse 3D‑strukturer. Bemærkelsesværdigt er, at CAL‑3D‑udskrivningsmetoden blev udviklet i 2017 af Hayden Taylor, hovedforsker på SpaceCAL‑projektet.

CAL‑metoden er ideel til lav‑gravitationsproduktion, fordi den ikke er afhængig af en lagdelings tilgang. I stedet inkluderes materialet i et kammer, hvorefter to laserstråler bruges til at forme og hærde udskriften. En af de største fordele ved CAL‑udskrivningsmetoden er, at den strømliner udviklingen og kun kræver en enkelt enhed.

SpaceCAL

SpaceCAL‑projektet anvender den forskning og udvikling, der har fundet sted siden 2017, på udskrivningsmetoden. Resultatet er en indkapslet, sikker og pålidelig måde at udskrive et stort udvalg af materialer på, mens man befinder sig i kredsløb eller andre mikrogravitation‑scenarier. Bemærkelsesværdigt er, at SpaceCAL allerede har gennemført flere lav‑gravitationstest. Denne seneste var dog den første, der nåede kredsløb.

Kilde – Virgin Galactic

SpaceCAL-test

Testen af SpaceCAL‑udskrivningssystemet fandt sted ombord på Virgin Galactic VSS Unity den 8. juni 2024. Virgin Galactic tog enheden ind i suborbitalt rum, hvilket gjorde det muligt at gennemføre en 140‑sekunders prøve. Ingenørerne valgte fire “benchys” som deres udskrifter. Benchys bruges til at teste nøjagtigheden og kapaciteterne af 3D‑printere.

Disse testudskrifter varierer i kompleksitet fra simple designs til komplekse multimaterialestrukturer. Til denne test holdt forskerne udskrifterne relativt enkle. Specifikt udskrev de fire benchys, herunder et lille rumfartøj og nogle slæbebåde. Bemærkelsesværdigt blev benchys udskrevet med en lysfølsom plastresin kaldet PEGDA.

Resultater

Resultaterne af testflyvningen var succesfulde. SpaceCAL fuldførte udskrifterne inden for det lille tidsvindue, der var til rådighed. De var nøjagtige i forhold til designene og tog så lidt som 20 sekunder hver at fuldføre. Ifølge forskerne vil de næste tests forsøge længerevarende udskrivning og mere indviklede designs.

Fordele ved SpaceCAL

Der er mange fordele, som SpaceCAL‑projektet kan bringe til markedet. For det første gør det det muligt for rejsende hurtigt og præcist at udskrive dele i nødsituationer. Enheden tilbyder direkte‑on‑demand‑udskrivning, som kan styres fra hjemmebasen eller af astronauter under flyvning. For dyb‑rum‑rejsende eliminerer denne mulighed behovet for at pakke tusindvis af potentielle reservedele.

Forskellige materialer

SpaceCAL‑udskrivningsmetoden er ekstremt fleksibel. Forskerne har allerede testet deres metode med over 60 forskellige materialer. Disse enheder kan udskrive med silikoner, plast, glas‑kompositter, biomaterialer og meget mere. Som sådan er de ideelle til ressourcestærke miljøer som rumskibe, hvor hvert gram affald kan genanvendes til nyttige udskrifter.

Rumrejser skal tage højde for hver gram vægt. Derfor er det afgørende at skabe en 3D‑udskrivningsmetode, der kan håndtere udskrivning af holdbare dele og værktøj, samtidig med at den understøtter væv og organiske materialer. SpaceCAL‑printerens alsidighed kan gøre den til den ideelle løsning for disse opgaver fremover. Desuden, efterhånden som nye harpikser, polymerer og metal‑kompositter dukker op, kan disse enheder integrere de opgraderede materialer, hvilket skaber stærke og mere komplekse udskrifter på kortere tid.

Enkeltprint

En anden fordel, som SpaceCAL giver rumrejsende, er muligheden for at skabe ved kun ét udskrivningstrin. Mange nuværende 3D‑udskrivningsmetoder kræver flere trin, hvilket øger materialer, kompleksitet, omkostninger og vægt på enhederne. SpaceCAL‑printeren kan skabe indviklede, brugerdefinerede 3D‑geometrier i ét enkelt trin, hvilket forbedrer effektiviteten og sikkerheden.

Hurtigere udskrifter

SpaceCAL‑udskrivningsmetoden er meget hurtig sammenlignet med lagdelingsmetoder. Testresultaterne viste, at de 3D‑udskrevne benchys kun tog omkring 20 sekunder pr. udskrift. Denne hastighed åbner døren for nye anvendelsesområder for disse enheder i fremtiden. Forestil dig en rumrejsende, der hurtigt udskriver en energidel, et værktøj eller et andet nødvendigt element uden forsinkelse. Bemærkelsesværdigt er, at denne tilgang er meget hurtigere end nutidens metoder, som kan tage timer om en enkelt kompleks udskrift.

Frihed i design

En af de største fordele, som forskningen har vist, er, at mikrogravitation‑3D‑printere kan udskrive genstande, som ikke er mulige på Jorden. Disse lav‑gravitationsmiljøer forbedrer materialestrømmen og gør det muligt for ingeniører at være mere kreative i deres designs. Som sådan kan fremtiden se orbitalt additivt fremstillede produkter blive afgørende elementer i dagligdagen.

Anvendelsesområder for SpaceCAL

Der er flere umiddelbare anvendelsesområder for SpaceCAL‑printerne. Primært ses de som afgørende elementer for dyb‑rum‑rejser. Der er endda planer om at bruge disse enheder til at hjælpe med at kolonisere månen. Denne seneste test bekræfter teamets forskning og demonstrerer den forbedrede ydeevne, som SpaceCAL‑metoden leverer. I fremtiden kan varianter af disse enheder bruges til at udskrive alt fra dele til boliger.

Medicinske behov

Et af de fedeste og mest sci‑fi‑aspekter ved SpaceCAL‑projektet er evnen til at udskrive biomaterialer. Forestil dig astronauter, der udskriver organer, tandbehov, hudtransplantater og endda nye linser. Forskerne ser dette som den fremtidige retning for deres skabelse. De forestiller sig en dag, hvor SpaceCAL‑printere bruges til at skabe organer, som ville være umulige at udskrive på Jorden. Disse organer kunne bruges af astronauter eller sendes tilbage til planeten for at blive brugt af befolkningen.

Forskere

Forskningen for dette projekt omfattede et team af UC Berkeley‑ og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)‑studerende ledet af Hayden Taylor. Forskerne Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath og Audrey Young hjalp med at udvikle og teste SpaceCAL‑konceptet.

SpaceCAL har støtte fra NASA’s Flight Opportunities‑program, Berkeley Engineering og det i øjeblikket under konstruktion Berkeley Space Center. Derudover sikrede projektet en grant på 1,4 million USD, som gjorde det muligt for forskerne at forbedre deres enhed og test.

Virksomheder, der kunne udnytte denne undersøgelse til at øge indtægterne

Flere producenter kunne integrere SpaceCAL‑udskrivningsteknologi for at levere nye eller forbedre eksisterende produkter. Disse virksomheder har allerede en stærk position på deres respektive markeder, og introduktionen af høj‑hastigheds‑ og effektive SpaceCAL‑udskrivningsmetoder kunne markant forbedre deres tilbud.

Organovo Holdings

Organovo Holdings er en pioner inden for biomedicinsk 3D‑udskrivning. Virksomhedens mål er at bruge 3D‑printere til at efterligne menneskelige organer og væv, så forskere kan studere virkninger af medicin, miljøet og andre faktorer uden at udsætte mennesker for risiko.

Organovo Holdings har base i San Diego og er en pioner inden for 3D‑bio‑vævsudskrivning. Dens produkter gør det muligt for forskere at studere sygdomme, infektioner og deres potentielle behandlinger. Evnen til at udskrive væv og organisk materiale åbner døren for en fremtid, hvor donorer ikke er nødvendige, og akutte medicinske procedurer kan udføres hurtigere, hvilket redder millioner af liv hvert år.

Organovo Holdings er en stærk tilføjelse til din portefølje. Virksomheden talte for nylig om deres forskning på årets Digestive Disease Week (DDW2024). Firmaets position som frontløber på markedet, kombineret med den stigende efterspørgsel efter biomedicinske udskrivningstjenester, placerer Organovo Holdings for fremtidig succes.

Proto Labs

PRLB Prisdiagram

Proto Labs (PRLB ) gik ind på markedet i 1999 og har base i Maple Plain, Minnesota. Virksomheden specialiserer sig i kort‑løbet og prototype‑udskrifter. Den tilbyder forskellige tjenester, herunder hurtig additive fremstilling og injektionsstøbning. Virksomhedens hurtige leveringstid og fleksibilitet har hjulpet den med at sikre en dominerende position på sit marked.

Proto Labs har indsigt på tværs af et enormt udvalg af industrier. Specifikt tilbyder virksomheden forbrugerprodukter, medicinsk udstyr og bildele. Producenten gør det muligt for ingeniører at bygge i populære software som CAD og derefter sende deres udskrifter for hurtige resultater. Proto Labs returnerer udskrifter inden for dage, hvilket gør den til den førende løsning for prototyping.

Efterspørgslen efter Proto Labs‑tjenester er løbende steget gennem årene. Firmaet har i øjeblikket en markedsværdi på 857,71 million USD. Hvis Proto Labs kunne integrere SpaceCAL‑teknologier i deres forretningsmodel, kunne de tilbyde endnu hurtigere prototyping til deres kunder. De kunne også reducere udskrivningsomkostningerne og fjerne behovet for mange af deres nuværende printere.

Fremtiden for 3D-udskrivning

Fremtiden for 3D‑udskrivning ser lys ud. Der har været mange store udviklinger i branchen de sidste par år. Dagens mest avancerede 3D‑printere bruger nu lav‑effekt‑laser og kan udskrive flere materialer med én enhed. Som sådan er det nu muligt at udskrive fungerende komplekse og endda elektriske enheder.

Forskning i dyb rummet

Forskning i dyb rummet fortsætter med at drive FoU‑indsatsen. For nylig blev 3D‑udskrevne hjerter bragt til den Internationale Rumstation. Målet var at se effekterne af rumstråling på organer. Forskningen er en del af en større mission, som har fået støtte fra Brown og Johns Hopkins University samt NASA.

Nemme grænseflader

Store sprogmodel‑AI‑chatbots er en anden stor udvikling, som vil omforme 3D‑udskrivningsoplevelsen. Disse grænseflader gør det muligt for folk at kommunikere med computere som mennesker. Programmer som ChatGPT har demonstreret kraften i disse værktøjer, og hvordan de kan forbedre effektiviteten, udvide kapaciteterne og sænke omkostningerne.

I fremtiden vil 3D‑udskrivning ikke kræve mange tekniske færdigheder. De fleste enheder vil kun have brug for tekst‑ eller stemme‑instruktioner for at udføre komplekse opgaver, som de har lært gradvist gennem årtiers data og opgraderinger af deres AI‑modeller. Når du kombinerer udsigten til SpaceCAL‑udskrivningsteknologi med avancerede AI‑kapaciteter, synes teknologien at have uendeligt potentiale.

Højtydende printere

For nylig skabte forskere en ny dual‑laser‑udskrivningsmetode, som reducerer omkostninger og affald. Denne metode omdannede en af de sædvanlige femtosekund‑laser til en lavere‑effekt‑enhed. Teamet introducerede derefter en ny beregningsformel, som gjorde dem i stand til at bestemme en optimal afstemning mellem laserne. Resultaterne svarer til de oprindelige dual‑femtosekund‑laser.

Den nye tilgang brugte et meget billigere laseralternativ, hvilket sænkede omkostningerne betydeligt. Derudover kan denne opgradering tilpasses de fleste nuværende laser‑3D‑printere i brug i fremstillingssektoren med minimal indsats. Som sådan kunne denne opgradering hjælpe med at sænke 3D‑udskrivningsomkostningerne globalt og åbne døren for endnu mere overkommelige enheder snart.

Endnu en vellykket test

Denne seneste testrunde fremhæver, hvor hurtigt teamet har avanceret i sin mission. Du kan forvente at høre mere om dette projekt, efterhånden som ingeniørerne søger at udskrive komplekse enheder under rumrejser. For nu kan dette innovative teams banebrydende indsats inden for mikrogravitation‑udskrivning forbedre livet for milliarder af mennesker en dag.

Lær om andre seje 3D‑udskrivningsprojekter nu.