SpaceCAL 3D Printing σε Μικροβαρύτητα Επισημάνθηκε ως Επιτυχία από Επιστήμονες στο Πλοίο της Virgin Galactic 07

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Berkeley, ολοκλήρωσε πρόσφατα μια ακόμη επιτυχημένη δοκιμή του συστήματος 3D εκτύπωσης σε μικροβαρύτητα, SpaceCAL. Αυτή η συσκευή επόμενης γενιάς θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για ταξίδια σε βαθύ διάστημα, επιτρέποντας στους αστροναύτες να εκτυπώνουν εξαρτήματα, εργαλεία, φάρμακα και ακόμη και όργανα όταν χρειάζεται. Αυτές οι δυνατότητες είναι ακόμη μακριά, και αυτή η πρόσφατη δοκιμή σηματοδοτεί ένα ακόμη ορόσημο στο ταξίδι τους.

Η έρευνα για την εκτύπωση στο διάστημα έχει αυξηθεί τα τελευταία πέντε χρόνια. Αυτές οι μονάδες διαφέρουν από τις γήινες προγόνους τους, επειδή δεν μπορούν να βασίζονται στη βαρύτητα για να βοηθήσουν τις διαδικασίες στρώσης. Ως εκ τούτου, οι μηχανικοί έπρεπε να αναπτύξουν νέους τρόπους για να διαμορφώνουν τις εκτυπώσεις τους.

CAL

Το έργο SpaceCAL αξιοποιεί μια νέα μέθοδο 3D εκτύπωσης που ονομάζεται CAL «υπολογιστική αξονική λιθογραφία». Αυτή η μέθοδος εισάγει ευαίσθητα πολυμερή που αντιδρούν στο φως. Η φωτοευαίσθητη ρητίνη μπορεί να διαμορφωθεί με χρήση λέιζερ σε πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές. Σημαντικό είναι ότι η μέθοδος 3D εκτύπωσης CAL αναπτύχθηκε το 2017 από τον Hayden Taylor, τον κύριο ερευνητή του έργου SpaceCAL.

Η μέθοδος 3D εκτύπωσης CAL είναι ιδανική για κατασκευή σε χαμηλή βαρύτητα, επειδή δεν βασίζεται σε προσέγγιση στρώσεων. Αντίθετα, το υλικό τοποθετείται σε θάλαμο πριν χρησιμοποιηθούν διπλά λέιζερ για να διαμορφώσουν και να σκληρύνουν την εκτύπωση. Ένα από τα κύρια οφέλη της μεθόδου CAL είναι ότι απλοποιεί την ανάπτυξη και απαιτεί μόνο μία μονάδα.

SpaceCAL

Το έργο SpaceCAL εφαρμόζει την έρευνα και ανάπτυξη που έχει πραγματοποιηθεί από το 2017 στη μέθοδο εκτύπωσης. Τα αποτελέσματα είναι ένας κλειστός, ασφαλής και αξιόπιστος τρόπος εκτύπωσης μιας τεράστιας γκάμας υλικών ενώ βρίσκεται σε τροχιά ή σε άλλες συνθήκες μικροβαρύτητας. Σημαντικό είναι ότι το SpaceCAL έχει ήδη ολοκληρώσει πολλαπλές δοκιμές σε χαμηλή βαρύτητα. Ωστόσο, αυτή η πρόσφατη ήταν η πρώτη που έφτασε στην τροχιά.

Πηγή – Virgin Galactic [securities_stock_price_tag symbol="SPCE" exchange="NYSE"]

SpaceCAL Test

Η δοκιμή του συστήματος εκτύπωσης SpaceCAL πραγματοποιήθηκε στο σκάφος Virgin Galactic VSS Unity στις 8 Ιουνίου 2024. Η Virgin Galactic πήρε τη συσκευή σε υποτροχιακό διάστημα, επιτρέποντάς της να εκτελέσει μια δοκιμή διάρκειας 140 δευτερολέπτων. Οι μηχανικοί επέλεξαν τέσσερα benchys ως εκτυπώσεις τους. Τα benchys χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή της ακρίβειας και των δυνατοτήτων των 3D εκτυπωτών.

Αυτές οι δοκιμαστικές εκτυπώσεις κυμαίνονται σε πολυπλοκότητα από απλά σχέδια μέχρι πολύπλοκες δομές πολλαπλών υλικών. Για αυτή τη δοκιμή, οι επιστήμονες κράτησαν τις εκτυπώσεις σχετικά απλές. Συγκεκριμένα, εκτύπωσαν τέσσερα benchys, συμπεριλαμβανομένου ενός μικρού διαστημοπλοίου και μερικών τράβηξιων σκαφών. Σημαντικό είναι ότι τα benchys εκτυπώθηκαν με μια φωτοευαίσθητη πλαστική ρητίνη που ονομάζεται PEGDA.

Results

Τα αποτελέσματα της δοκιμαστικής πτήσης αποδείχθηκαν επιτυχημένα. Το SpaceCAL ολοκλήρωσε τις εκτυπώσεις στο μικρό χρονικό παράθυρο που είχε δοθεί. Ήταν ακριβείς ως τα σχέδια και χρειάστηκαν μόλις 20 δευτερόλεπτα για κάθε εκτύπωση. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι επόμενες δοκιμές θα προσπαθήσουν για παρατεταμένη εκτύπωση και πιο πολύπλοκα σχέδια.

SpaceCAL Benefits

Υπάρχουν πολλά οφέλη που το έργο SpaceCAL θα μπορούσε να προσφέρει στην αγορά. Κατ’ αρχάς, επιτρέπει στους ταξιδιώτες να εκτυπώνουν γρήγορα και ακριβώς εξαρτήματα σε επείγουσες καταστάσεις. Η μονάδα προσφέρει εκτύπωση άμεσης ζήτησης που μπορεί να ελεγχθεί από τη βάση ή από τους αστροναύτες κατά τη διάρκεια της πτήσης. Για τους ταξιδιώτες σε βαθύ διάστημα, αυτή η επιλογή εξαλείφει την ανάγκη να μεταφέρουν χιλιάδες πιθανά ανταλλακτικά.

Different Materials

Η μέθοδος εκτύπωσης SpaceCAL είναι εξαιρετικά ευέλικτη. Οι ερευνητές έχουν ήδη δοκιμάσει τη μέθοδο τους χρησιμοποιώντας πάνω από 60 διαφορετικά υλικά. Αυτές οι συσκευές μπορούν να εκτυπώνουν με σιλικόνες, πλαστικά, σύνθετα γυαλιού, βιοϋλικά και άλλα. Ως εκ τούτου, είναι ιδανικές για περιβάλλοντα με περιορισμένους πόρους, όπως τα διαστημόπλοια, όπου κάθε κομμάτι απορριμμάτων θα μπορούσε να ανακυκλωθεί σε χρήσιμες εκτυπώσεις.

Τα διαστημικά ταξίδια πρέπει να λαμβάνουν υπόψη κάθε γραμμάριο βάρους. Συνεπώς, είναι κρίσιμο να δημιουργηθεί μια μέθοδος 3D εκτύπωσης που να μπορεί να εκτυπώνει ανθεκτικά εξαρτήματα και εργαλεία, ενώ ταυτόχρονα να υποστηρίζει ιστό και οργανικά υλικά. Η ευελιξία του εκτυπωτή SpaceCAL θα μπορούσε να το κάνει την ιδανική λύση για αυτές τις εργασίες στο μέλλον. Επιπλέον, καθώς εμφανίζονται νέες ρητίνες, πολυμερή και μεταλλικές σύνθετες, αυτές οι συσκευές μπορούν να ενσωματώσουν τα αναβαθμισμένα υλικά, δημιουργώντας ισχυρές και πιο πολύπλοκες εκτυπώσεις σε λιγότερο χρόνο.

Single Print

Ένα ακόμη όφελος που προσφέρει το SpaceCAL στους διαστημικούς ταξιδιώτες είναι η δυνατότητα δημιουργίας με ένα μόνο βήμα εκτύπωσης. Πολλές τρέχουσες μέθοδοι 3D εκτύπωσης απαιτούν πολλαπλά βήματα, κάτι που προσθέτει υλικά, πολυπλοκότητα, κόστος και βάρος στις συσκευές. Ο εκτυπωτής SpaceCAL μπορεί να δημιουργήσει πολύπλοκες, προσαρμοσμένες 3D γεωμετρίες σε ένα μόνο βήμα εκτύπωσης, βελτιώνοντας την αποδοτικότητα και την ασφάλεια.

Faster Prints

Η μέθοδος εκτύπωσης SpaceCAL είναι πολύ γρήγορη σε σύγκριση με τις μεθόδους στρώσης. Τα αποτελέσματα της δοκιμής έδειξαν ότι τα 3D-εκτυπωμένα benchys χρειάστηκαν περίπου 20 δευτερόλεπτα ανά εκτύπωση. Αυτή η ταχύτητα ανοίγει το δρόμο για νέες περιπτώσεις χρήσης αυτών των μονάδων στο μέλλον. Φανταστείτε έναν διαστημικό ταξιδιώτη να εκτυπώνει γρήγορα ένα ενεργειακό εξάρτημα, εργαλείο ή άλλο απαραίτητο αντικείμενο χωρίς καθυστέρηση. Σημαντικό είναι ότι αυτή η προσέγγιση είναι πολύ πιο γρήγορη από τις σημερινές μεθόδους, οι οποίες μπορεί να χρειαστούν ώρες για να ολοκληρώσουν μια μόνο πολύπλοκη εκτύπωση.

Freedom of Design

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα που έδειξε αυτή η έρευνα είναι ότι οι 3D εκτυπωτές σε μικροβαρύτητα μπορούν να εκτυπώνουν αντικείμενα που δεν είναι δυνατόν στη Γη. Αυτά τα περιβάλλοντα χαμηλής βαρύτητας βελτιώνουν τη ροή του υλικού και επιτρέπουν στους μηχανικούς να είναι πιο δημιουργικοί στα σχέδιά τους. Ως εκ τούτου, το μέλλον μπορεί να δει προϊόντα προσθετικής κατασκευής σε τροχιά να γίνουν κρίσιμα στοιχεία της καθημερινής ζωής.

Use Cases for SpaceCAL

Υπάρχουν πολλές άμεσες περιπτώσεις χρήσης για τους εκτυπωτές SpaceCAL. Καταρχάς, θεωρούνται κρίσιμα στοιχεία για τα ταξίδια σε βαθύ διάστημα. Υπάρχουν ακόμη σχέδια να χρησιμοποιηθούν αυτές οι συσκευές για τη βοήθεια στην αποίκιση της σελήνης. Αυτή η πρόσφατη δοκιμή επικυρώνει την έρευνα της ομάδας και δείχνει τη βελτιωμένη απόδοση που προσφέρει η μέθοδος SpaceCAL. Στο μέλλον, παραλλαγές αυτών των συσκευών θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκτύπωση οτιδήποτε, από εξαρτήματα μέχρι σπίτια.

Medical Needs

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά και επιστημονικής φαντασίας στοιχεία του έργου SpaceCAL είναι η ικανότητά του να εκτυπώνει βιοϋλικά. Φανταστείτε αστροναύτες να εκτυπώνουν όργανα, οδοντιατρικές ανάγκες, δερματικές μεταμοσχεύσεις και ακόμη νέους φακούς. Οι ερευνητές το βλέπουν ως το μελλοντικό αποτέλεσμα της δημιουργίας τους. Οραματίζονται μια μέρα όπου οι εκτυπωτές SpaceCAL θα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία οργάνων που θα ήταν αδύνατο να εκτυπωθούν στη Γη. Αυτά τα όργανα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από αστροναύτες ή να αποσταλούν πίσω στη Γη για χρήση από τον πληθυσμό.

Researchers

Η έρευνα για αυτό το έργο περιελάμβανε μια ομάδα φοιτητών του UC Berkeley και του Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) υπό την ηγεσία του Hayden Taylor. Οι ερευνητές Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath και Audrey Young συνέβαλαν στην ανάπτυξη και τη δοκιμή της έννοιας SpaceCAL.

Το SpaceCAL έχει υποστήριξη από το πρόγραμμα Flight Opportunities της NASA, το Berkeley Engineering και το τρέχοντα υπό κατασκευή Berkeley Space Center. Επιπλέον, το έργο εξασφάλισε μια επιχορήγηση 1,4 εκατομμυρίων δολαρίων, η οποία επέτρεψε στους ερευνητές να βελτιώσουν τη συσκευή και τις δοκιμές τους.

Companies that Could Leverage this Study to Improve Revenue

Πολλοί κατασκευαστές θα μπορούσαν να ενσωματώσουν την τεχνολογία εκτύπωσης SpaceCAL για να προσφέρουν νέα ή να βελτιώσουν υπάρχοντα προϊόντα. Αυτές οι εταιρείες έχουν ήδη ισχυρή θέση στις αντίστοιχες αγορές τους και η εισαγωγή των γρήγορων και αποδοτικών μεθόδων εκτύπωσης SpaceCAL θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά τις προσφορές τους.

Organovo Holdings

Η Organovo Holdings είναι μια πρωτοποριακή εταιρεία βιοϊατρικής 3D εκτύπωσης. Ο στόχος της εταιρείας είναι να χρησιμοποιεί 3D εκτυπωτές για να μιμείται ανθρώπινα όργανα και ιστούς, επιτρέποντας στους ερευνητές να μελετούν τις επιδράσεις φαρμάκων, του περιβάλλοντος και άλλων παραγόντων χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο ανθρώπους.

Η Organovo Holdings εδρεύει στο Σαν Ντιέγκο και είναι πρωτοπόρος στον τομέα της 3D εκτύπωσης βιο-υλικού. Τα προϊόντα της επιτρέπουν στους ερευνητές να μελετούν ασθένειες, λοιμώξεις και τις πιθανές θεραπείες τους. Η δυνατότητα εκτύπωσης ιστού και οργανικού υλικού ανοίγει το δρόμο για ένα μέλλον όπου δεν θα χρειάζονται δωρητές και οι επείγουσες ιατρικές διαδικασίες θα μπορούν να πραγματοποιηθούν πιο γρήγορα, σώζοντας εκατομμύρια ζωές ετησίως.

Η Organovo Holdings αποτελεί ισχυρή προσθήκη στο χαρτοφυλάκιό σας. Η εταιρεία μίλησε πρόσφατα για την έρευνά της στην Εβδομάδα Πεπτικών Παθήσεων του τρέχοντος έτους (DDW2024). Η θέση της ως ηγέτης στην αγορά, μαζί με τη αυξανόμενη ζήτηση για βιοϊατρικές εκτυπωμένες υπηρεσίες, τοποθετεί την Organovo Holdings για μελλοντική επιτυχία.

Proto Labs

PRLB Διάγραμμα τιμής

Η Proto Labs (PRLB ) εισήλθε στην αγορά το 1999 και εδρεύει στο Maple Plain, Minnesota. Η εταιρεία ειδικεύεται σε εκτυπώσεις μικρής σειράς και πρωτοτύπων. Προσφέρει διάφορες υπηρεσίες, συμπεριλαμβανομένης της γρήγορης προσθήκης κατασκευής (additive manufacturing) και της έγχυσης. Η ταχεία παράδοση και η ευελιξία της εταιρείας την έχουν βοηθήσει να εξασφαλίσει κυρίαρχη θέση στην αγορά της.

Η Proto Labs διαθέτει πληροφορίες που καλύπτουν ένα τεράστιο φάσμα βιομηχανιών. Συγκεκριμένα, η εταιρεία προσφέρει καταναλωτικά προϊόντα, ιατρικές συσκευές και αυτοκινητοβιομηχανικά εξαρτήματα. Ο κατασκευαστής επιτρέπει στους μηχανικούς να δημιουργούν σε δημοφιλή λογισμικά όπως το CAD και στη συνέχεια να στέλνουν τις εκτυπώσεις τους για γρήγορα αποτελέσματα. Η Proto Labs επιστρέφει τις εκτυπώσεις σε ημέρες, καθιστώντας την κορυφαία λύση για πρωτοτυπία.

Η ζήτηση για τις υπηρεσίες της Proto Labs έχει αυξηθεί συνεχώς τα χρόνια. Η εταιρεία έχει αυτή τη στιγμή κεφαλαιοποίηση αγοράς 857,71 εκατομμυρίων δολαρίων. Εάν η Proto Labs ενσωματώσει τις τεχνολογίες SpaceCAL στο επιχειρηματικό της μοντέλο, θα μπορούσε να προσφέρει ακόμη πιο γρήγορη πρωτοτυπία στους πελάτες της. Θα μπορούσε επίσης να μειώσει το κόστος εκτύπωσης και να εξαλείψει την ανάγκη για πολλές από τις τρέχουσες εκτυπωτές της.

Future of 3D Printing

Το μέλλον της 3D εκτύπωσης φαίνεται φωτεινό. Υπήρξαν πολλές σημαντικές εξελίξεις στη βιομηχανία τα τελευταία χρόνια. Οι πιο προηγμένοι 3D εκτυπωτές σήμερα χρησιμοποιούν χαμηλής ισχύος λέιζερ και μπορούν να εκτυπώνουν πολλαπλά υλικά με μία μόνο συσκευή. Ως εκ τούτου, είναι πλέον δυνατόν να εκτυπώνονται λειτουργικές πολύπλοκες και ακόμη ηλεκτρικές συσκευές.

Deep Space Research

Η έρευνα βαθιού διαστήματος συνεχίζει να τροφοδοτεί τις προσπάθειες Ε&π;Α. Πρόσφατα, καρδιές εκτυπωμένες με 3D μεταφέρθηκαν στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Ο στόχος ήταν να εξεταστούν οι επιδράσεις της διαστημικής ακτινοβολίας στα όργανα. Η έρευνα αποτελεί μέρος μιας μεγαλύτερης αποστολής που έχει λάβει υποστήριξη από το Brown και το Johns Hopkins University, καθώς και τη NASA.

Easy Interfaces

Τα chatbots τεχνητής νοημοσύνης με μεγάλα γλωσσικά μοντέλα είναι μια ακόμη σημαντική εξέλιξη που θα μετασχηματίσει την εμπειρία της 3D εκτύπωσης. Αυτές οι διεπαφές επιτρέπουν στους ανθρώπους να επικοινωνούν με υπολογιστές όπως με ανθρώπους. Προγράμματα όπως το ChatGPT έχουν δείξει τη δύναμη αυτών των εργαλείων και πώς μπορούν να βελτιώσουν την αποδοτικότητα, να επεκτείνουν τις δυνατότητες και να μειώσουν το κόστος.

Στο μέλλον, η 3D εκτύπωση δεν θα απαιτεί πολλές τεχνικές δεξιότητες. Οι περισσότερες μονάδες θα χρειάζονται μόνο κείμενο ή φωνητικές οδηγίες για να ολοκληρώσουν πολύπλοκες εργασίες που έχουν μάθει σταδιακά μέσα σε χρόνια δεδομένων και αναβαθμίσεων των μοντέλων AI τους. Όταν συνδυάσετε την προοπτική της τεχνολογίας εκτύπωσης SpaceCAL με τις προηγμένες δυνατότητες AI, η τεχνολογία φαίνεται να έχει απεριόριστο δυναμικό.

High Efficiency Printers

Πρόσφατα, ερευνητές δημιούργησαν μια νέα μέθοδο εκτύπωσης με διπλό λέιζερ μέθοδο που μειώνει το κόστος και τα απόβλητα. Αυτή η μέθοδος μετατρέπει ένα από τα συνηθισμένα φεμτοδευτερόλεπτα λέιζερ σε μονάδα χαμηλότερης ισχύος. Η ομάδα εισήγαγε στη συνέχεια έναν νέο υπολογιστικό τύπο που τους επέτρεψε να καθορίσουν την βέλτιστη ρύθμιση μεταξύ των λέιζερ. Τα αποτελέσματα είναι παρόμοια με τα αρχικά διπλά φεμτοδευτερόλεπτα λέιζερ.

Η νέα προσέγγιση χρησιμοποίησε μια πολύ φθηνότερη εναλλακτική λύση λέιζερ, η οποία μείωσε σημαντικά το κόστος. Επιπλέον, αυτή η αναβάθμιση μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ταιριάζει στις περισσότερες τρέχουσες λέιζερ 3D εκτυπωτές που χρησιμοποιούνται στον κατασκευαστικό τομέα με ελάχιστη προσπάθεια. Ως εκ τούτου, αυτή η αναβάθμιση θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση του κόστους 3D εκτύπωσης παγκοσμίως και να ανοίξει το δρόμο για ακόμη πιο προσιτές συσκευές σύντομα.

Another Successful Test

Αυτή η πρόσφατη σειρά δοκιμών αναδεικνύει πόσο γρήγορα προχώρησε η ομάδα στην αποστολή της. Μπορείτε να περιμένετε περισσότερες πληροφορίες για αυτό το έργο καθώς οι μηχανικοί προσπαθούν να εκτυπώσουν πολύπλοκες συσκευές κατά τη διάρκεια των διαστημικών ταξιδιών. Προς το παρόν, οι πρωτοποριακές προσπάθειες αυτής της καινοτόμου ομάδας στην εκτύπωση σε μικροβαρύτητα θα μπορούσαν κάποια μέρα να βελτιώσουν τη ζωή δισεκατομμυρίων ανθρώπων.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα έργα 3D εκτύπωσης τώρα.