SpaceCAL 3D -tulostus mikrogravitaatiossa merkitty onnistumiseksi Virgin Galacticin tieteilijöiden toimesta 07

Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijoiden ryhmä on äskettäin suorittanut toisen onnistuneen testin mikrogravitaatio-3D-tulostusjärjestelmästään, SpaceCALista. Tämä seuraavan sukupolven laite voi avata ovet syvän avaruuden matkustamiseen mahdollistamalla astronauttien tulostaa osia, työkaluja, lääkkeitä ja jopa elimiä tarpeen mukaan. Nämä kyvyt ovat vielä kaukana, ja tämä viimeisin testi merkitsee uuden virstanpylvään heidän matkallaan.

Tulostuksen tutkimus avaruudessa on kasvanut viimeisen viiden vuoden aikana. Nämä yksiköt eroavat maapallon edeltäjistään, koska ne eivät voi luottaa gravitaatioon kerrostusprosessien avustamisessa. Tämän vuoksi insinöörien on täytynyt kehittää uusia tapoja muotoilla tulosteitaan.

CAL

SpaceCAL-projekti hyödyntää uutta 3D-tulostusmenetelmää, jota kutsutaan CAL:ksi “computed axial lithography“. Tämä menetelmä esittelee valolle reagoivia herkkiä polymeereja. Valosensitiivistä hartsia voidaan muotoilla laserilla monimutkaisiksi 3D-rakenteiksi. Huomionarvoista on, että CAL 3D -tulostusmenetelmä kehitettiin vuonna 2017 Hayden Taylorin, SpaceCAL-projektin päätutkijan, toimesta.

CAL 3D -tulostusmenetelmä on ihanteellinen matalan painovoiman valmistukseen, koska se ei perustu kerrostusmenetelmään. Sen sijaan materiaali sijoitetaan kammioon, ja kaksinkertaisia laseja käytetään tulosteen muotoiluun ja jäykistämiseen. Yksi CAL-tulostusmenetelmän tärkeimmistä eduista on, että se tehostaa kehitystä ja vaatii vain yhden yksikön.

SpaceCAL

SpaceCAL-projekti soveltaa vuodesta 2017 alkaen tapahtunutta tutkimusta ja kehitystä tähän tulostusmenetelmään. Tuloksena on suljettu, turvallinen ja luotettava tapa tulostaa laaja valikoima materiaaleja kiertoradalla tai muissa mikrogravitaatio-olosuhteissa. Huomionarvoista on, että SpaceCAL on jo suorittanut useita matalan painovoiman kokeita. Tämä viimeisin kuitenkin oli ensimmäinen, joka meni kiertoradalle.

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

SpaceCAL Test

SpaceCAL-tulostusjärjestelmän testaus tapahtui Virgin Galacticin VSS Unity -aluksella 8. kesäkuuta 2024. Virgin Galactic vei laitteen alkiokiertoradalle, mikä mahdollisti 140 sekunnin kokeilun. Insinöörit valitsivat neljä benchyä tulosteiksi. Benchytä käytetään 3D-tulostimien tarkkuuden ja kykyjen testaamiseen.

Nämä testitulosteet vaihtelevat yksinkertaisista malleista monimutkaisiin monimateriaalisiin rakenteisiin. Tässä testissä tutkijat pitivät tulosteet melko perusluonteisina. Erityisesti he tulostivat neljä benchyä, joihin sisältyi pieni avaruusalus ja muutama hinaaja. Huomionarvoista on, että benchyt tulostettiin valolle herkällä muovihartsilla, jota kutsutaan PEGDA:ksi.

Tulokset

Testilennon tulokset osoittautuivat onnistuneiksi. SpaceCAL suoritti tulosteet lyhyessä käytettävissä olevassa ajassa. Ne olivat tarkkoja suunnitelmiin nähden ja kestoivat vain 20 sekuntia kutakin. Tutkijoiden mukaan seuraavissa testeissä pyritään pidempään tulostukseen ja monimutkaisempiin malleihin.

SpaceCALin edut

SpaceCAL-projekti voi tuoda markkinoille monia etuja. Ensin se mahdollistaa matkustajien tulostaa osia nopeasti ja tarkasti hätätilanteissa. Laite tarjoaa suoran tilauspohjaisen tulostuksen, jota voidaan hallita kotipisteestä tai astronauttien lennolta käsin. Syvän avaruuden matkustajille tämä vaihtoehto poistaa tarpeen pakata tuhansia mahdollisia varaosia.

Eri materiaalit

SpaceCAL-tulostusmenetelmä on erittäin joustava. Tutkijat ovat jo testanneet menetelmäänsä yli 60 erilaisella materiaalilla. Nämä laitteet voivat tulostaa silikonista, muoveista, lasikomposiiteista, biomateriaaleista ja muusta. Näin ollen ne ovat ihanteellisia resurssipitoisiin ympäristöihin, kuten avaruusaluksiin, joissa jokainen jätteen pala voidaan kierrättää hyödyllisiksi tulosteiksi.

Avaruusmatkailun on otettava huomioon jokainen gramman paino. Siksi on olennaista luoda 3D-tulostusmenetelmä, joka pystyy valmistamaan kestäviä osia ja työkaluja sekä tukemaan kudos- ja orgaanisia materiaaleja. SpaceCAL-tulostimen monipuolisuus voi tehdä siitä ihanteellisen ratkaisun näihin tehtäviin tulevaisuudessa. Lisäksi, kun uusia hartsia, polymeereja ja metallikomposiitteja syntyy, nämä laitteet voivat integroida päivitetyt materiaalit, luoden vahvoja ja monimutkaisempia tulosteita lyhyemmässä ajassa.

Yksittäinen tulostus

Toinen etu, jonka SpaceCAL tarjoaa avaruusmatkustajille, on kyky luoda tulostus yhdellä askeleella. Monet nykyiset 3D-tulostusmenetelmät vaativat useita vaiheita, mikä lisää materiaalien, monimutkaisuuden, kustannusten ja laitteiden painoa. SpaceCAL-tulostin voi luoda monimutkaisia, räätälöityjä 3D-geometrioita yhdellä tulostusvaiheella, parantaen tehokkuutta ja turvallisuutta.

Nopeammat tulosteet

SpaceCAL-tulostusmenetelmä on erittäin nopea verrattuna kerrostusmenetelmiin. Testitulokset osoittivat, että 3D-tulostetut benchyt kestivät vain noin 20 sekuntia per tuloste. Tämä nopeus avaa ovet uusille käyttötapauksille tulevaisuudessa. Kuvittele avaruusmatkustajan tulostavan nopeasti energian osan, työkalun tai muun tarvittavan esineen ilman viivettä. Huomionarvoista on, että tämä lähestymistapa on paljon nopeampi kuin nykyiset menetelmät, jotka voivat viedä tunteja yhden monimutkaisen tulosteen valmistamiseen.

Suunnittelun vapaus

Yksi suurimmista eduista, jonka tämä tutkimus on osoittanut, on se, että mikrogravitaatio-3D-tulostimet voivat tulostaa esineitä, joita ei voida valmistaa maassa. Nämä matalan painovoiman ympäristöt parantavat materiaalivirtausta ja mahdollistavat insinööreille luovemman suunnittelun. Näin ollen tulevaisuudessa kiertoradan lisävalmistustuotteet voivat tulla keskeisiksi osiksi jokapäiväistä elämää.

SpaceCALin käyttötapaukset

SpaceCAL-tulostimilla on useita välittömiä käyttötapauksia. Enimmäkseen niitä pidetään keskeisinä osina syvän avaruuden matkustamisessa. On jopa suunnitelmia käyttää näitä laitteita kuun kolonisoimiseen. Tämä viimeisin testi vahvistaa tiimin tutkimuksen ja osoittaa SpaceCAL-menetelmän tarjoaman parannetun suorituskyvyn. Tulevaisuudessa näiden laitteiden variaatioita voitaisiin käyttää tulostamaan kaikkea osista koteihin.

Lääketieteelliset tarpeet

Yksi SpaceCAL-projektin kiehtovimmista ja tieteiselokuvamaisimmista ominaisuuksista on sen kyky tulostaa biomateriaaleja. Kuvittele astronauttien tulostavan elimiä, hammaslääkärin tarpeita, ihonsiirtoja ja jopa uusia linsssejä. Tutkijat näkevät tämän lopullisena tulevaisuutena luomukselleen. He kuvittelevat päivän, jolloin SpaceCAL-tulostimia käytetään luomaan elimiä, joita olisi mahdotonta tulostaa maassa. Näitä elimiä voitaisiin käyttää astronauttien toimesta tai lähettää takaisin maapallolle väestön käyttöön.

Tutkijat

Tämän projektin tutkimus sisälsi UC Berkeleyn ja Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) -opiskelijoiden tiimin, jota johti Hayden Taylor. Tutkijat Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath ja Audrey Young auttoivat kehittämään ja testaamaan SpaceCAL-konseptia.

SpaceCAL saa tukea NASA:n Flight Opportunities -ohjelmalta, Berkeley Engineeringilta ja parhaillaan rakenteilla olevalta Berkeley Space Centeriltä. Lisäksi projekti sai 1,4 miljoonan dollarin apurahan, jonka avulla tutkijat pystyivät parantamaan laitettaan ja testejä.

Yritykset, jotka voisivat hyödyntää tätä tutkimusta tulon kasvattamiseksi

Organovo Holdings

Organovo Holdings on edistyksellinen biolääketieteellinen 3D-tulostusyritys. Yrityksen tavoitteena on käyttää 3D-tulostimia ihmisen elinten ja kudosten jäljittelemiseen, mikä mahdollistaa tutkijoiden tutkia lääkkeiden, ympäristön ja muiden tekijöiden vaikutuksia vaarantamatta ihmisiä.

Organovo Holdings sijaitsee San Diegossa ja on edelläkävijä 3D-biokudostulostuksen alalla. Sen tuotteet mahdollistavat tutkijoiden tutkia sairauksia, infektioita ja niiden mahdollisia hoitoja. Kyky tulostaa kudosta ja orgaanista materiaalia avaa ovet tulevaisuuteen, jossa luovuttajia ei tarvita ja hätätilanteiden lääketieteelliset toimenpiteet voivat tapahtua nopeammin, pelastaen miljoonia ihmishenkiä vuosittain.

Organovo Holdings on vahva lisäys salkkuusi. Yritys puhui äskettäin tutkimuksestaan tänä vuonna Digestive Disease Week -tapahtumassa (DDW2024). Yrityksen asema markkinoiden edelläkävijänä sekä kasvava kysyntä biolääketieteellisille tulostuspalveluille asettavat Organovo Holdingsin tulevaisuuden menestykseen.

Proto Labs

PRLB Hintakaavio

Proto Labs (PRLB ) tuli markkinoille vuonna 1999 ja sijaitsee Maple Plainissa, Minnesotassa. Yritys on erikoistunut lyhyen sarjan ja prototyyppitulostuksiin. Se tarjoaa erilaisia palveluita, kuten nopeaa lisävalmistusta ja ruiskupuristusta. Yrityksen nopea läpimenoaika ja joustavuus ovat auttaneet sitä saavuttamaan hallitsevan aseman markkinoillaan.

Proto Labsilla on tietoa laajalta teollisuuden alalta. Erityisesti yritys tarjoaa kuluttajatuotteita, lääketieteellisiä laitteita ja autoteollisuuden osia. Valmistaja mahdollistaa insinööreille rakentamisen suosituissa ohjelmistoissa, kuten CAD, ja lähettää tulosteet nopeita tuloksia varten. Proto Labs palauttaa tulosteet päivissä, tehden siitä ensisijaisen ratkaisun prototyyppien tekemiseen.

Proto Labsin palveluiden kysyntä on kasvanut tasaisesti vuosien varrella. Yrityksen markkina-arvo on tällä hetkellä 857,71 miljoonaa dollaria. Jos Proto Labs voisi integroida SpaceCAL-teknologiat liiketoimintamalliinsa, se voisi tarjota entistä nopeampaa prototyyppien valmistusta asiakkailleen. Se voisi myös vähentää tulostuskustannuksia ja poistaa tarpeen monille nykyisille tulostimilleen.

3D-tulostuksen tulevaisuus

3D-tulostuksen tulevaisuus näyttää valoisalta. Viime vuosina alalla on tapahtunut monia merkittäviä kehityksiä. Nykyiset edistyksellisimmät 3D-tulostimet käyttävät nyt matalatehoisia laseja ja voivat tulostaa useita materiaaleja yhdellä laitteella. Näin ollen on nyt mahdollista tulostaa toimivia monimutkaisia ja jopa sähköisiä laitteita.

Syvän avaruuden tutkimus

Syvän avaruuden tutkimus jatkaa R&D-pyrkimysten tukemista. Äskettäin 3D-tulostettuja sydämiä vietiin Kansainväliselle avaruusasemalle. Tavoitteena oli tarkastella avaruusradiation vaikutuksia elimiin. Tutkimus on osa laajempaa hanketta, johon on osallistunut Brownin ja Johns Hopkinsin yliopistot sekä NASA.

Helppokäyttöiset käyttöliittymät

Suurten kielimallien AI-chatbotit ovat toinen merkittävä kehitys, joka muokkaa 3D-tulostuskokemusta. Nämä käyttöliittymät mahdollistavat ihmisten kommunikoida tietokoneiden kanssa kuin ihmisten kanssa. Ohjelmat kuten ChatGPT ovat osoittaneet näiden työkalujen voiman ja sen, miten ne voivat parantaa tehokkuutta, laajentaa mahdollisuuksia ja alentaa kustannuksia.

Tulevaisuudessa 3D-tulostus ei vaadi paljon teknistä taitoa. Useimmat laitteet tarvitsevat vain teksti- tai ääniohjeita suorittaakseen monimutkaisia tehtäviä, jotka ne ovat oppineet vuosien datan ja AI-mallien päivitysten kautta. Kun yhdistät SpaceCAL-tulostusteknologian mahdollisuuden kehittyneisiin AI-kykyihin, tekniikalla näyttää olevan loputon potentiaali.

Korkean tehokkuuden tulostimet

Äskettäin tutkijat loivat uuden kaksilaseritulostusmenetelmän, joka vähentää kustannuksia ja jätettä. Tämä menetelmä muunsi yhden tavallisista femtosekuntilaseista matalatehoiseksi yksiköksi. Tiimi esitteli sitten uuden laskennallisen kaavan, jonka avulla he pystyivät määrittämään optimaalisen virityksen laserien välillä. Tulokset ovat samankaltaisia kuin alkuperäiset kaksinkertaiset femtosekuntilaserit.

Uusi lähestymistapa käytti paljon halvemman laserin vaihtoehtoa, mikä laski kustannuksia merkittävästi. Lisäksi tämä päivitys voidaan sovittaa useimpiin nykyisiin laser-3D-tulostimiin, joita valmistussektorilla käytetään, vaivattomasti. Näin ollen tämä päivitys voi auttaa alentamaan 3D-tulostuksen kustannuksia maailmanlaajuisesti ja avata pian ovet vieläkin edullisemmille laitteille.

Toinen onnistunut testi

Tämä viimeisin testikierros korostaa, kuinka nopeasti tiimi edistyi tehtävässään. Voit odottaa kuulevasi lisää tästä projektista, kun insinöörit pyrkivät tulostamaan monimutkaisia laitteita avaruusmatkustuksen aikana. Tällä hetkellä tämän innovatiivisen tiimin pioneirityö mikrogravitaatiotulostuksessa voisi parantaa miljardien ihmisten elämää jonain päivänä.

Tutustu muihin hienoihin 3D-tulostusprojekteihin nyt.