SpaceCAL 3D-utskrift i mikrogravitasjon merket som en suksess av forskere ombord på Virgin Galactic 07

En gruppe forskere ved University of California, Berkeley, har nylig fullført en ny vellykket test av deres mikrogravitasjons‑3D‑utskriftsystem, SpaceCAL. Denne neste‑generasjonsenheten kan åpne døren for reiser i dyprommet ved å gjøre det mulig for astronauter å skrive ut deler, verktøy, medisiner og til og med organer ved behov. Disse evnene er fortsatt langt unna, og denne siste testen markerer en ny milepæl i deres reise.

Forskning på utskrift i rommet har økt de siste fem årene. Disse enhetene skiller seg fra sine jordbaserte forgjengere fordi de ikke kan stole på gravitasjon for å bistå lagdelingsprosessen. Som følge av dette har ingeniører måttet utvikle nye metoder for å forme utskriftene sine.

CAL

SpaceCAL‑prosjektet utnytter en ny metode for 3D‑utskrift kalt CAL «computed axial lithography». Denne metoden introduserer følsomme polymerer som reagerer på lys. Den fotosensitive harpiksen kan formes med laser til komplekse 3D‑strukturer. Merk at CAL‑3D‑utskriftsmetoden ble utviklet i 2017 av Hayden Taylor, hovedforsker på SpaceCAL‑prosjektet.

CAL‑3D‑utskriftsmetoden er ideell for produksjon i lav gravitasjon fordi den ikke er avhengig av en lagdelingsmetode. I stedet blir materialet plassert i et kammer før to laserstråler brukes til å forme og stivne utskriften. En av hovedfordelene med CAL‑utskriftsmetoden er at den strømlinjeformer utviklingen og kun krever én enhet.

SpaceCAL

SpaceCAL‑prosjektet anvender forskningen og utviklingen som har skjedd siden 2017 på utskriftsmetoden. Resultatet er en innelukket, sikker og pålitelig måte å skrive ut et enormt utvalg av materialer mens man er i bane eller andre mikrogravitasjonssituasjoner. Merk at SpaceCAL allerede har fullført flere lav‑gravitasjonsforsøk. Denne siste var imidlertid den første som nådde bane.

Kilde – Virgin Galactic

SpaceCAL-test

Testing av SpaceCAL‑utskriftsystemet fant sted ombord på Virgin Galactic VSS Unity den 8. juni 2024. Virgin Galactic tok enheten inn i suborbitalt rom, noe som gjorde det mulig å gjennomføre en 140‑sekunders prøvekjøring. Ingenørene valgte fire benchys som utskrifter. Benchys brukes til å teste nøyaktigheten og kapasiteten til 3D‑skrivere.

Disse testutskriftene varierer i kompleksitet fra enkle design til komplekse multimateriale‑strukturer. For denne testen holdt forskerne utskriftene relativt enkle. Spesifikt skrev de ut fire benchys, inkludert et lite romfartøy og noen tauere. Merk at benchys ble skrevet ut med en lysfølsom plastresin kalt PEGDA.

Resultater

Resultatene fra testflyvningen viste seg å være vellykkede. SpaceCAL fullførte utskriftene innen den korte tidsrammen som var gitt. De var nøyaktige i forhold til designene og tok så lite som 20 sekunder per utskrift. Ifølge forskerne vil de neste testene forsøke lengre utskriftsperioder og mer intrikate design.

SpaceCAL-fordeler

Det finnes mange fordeler som SpaceCAL‑prosjektet kan bringe til markedet. For det første gjør det det mulig for reisende å raskt og nøyaktig skrive ut deler i nødsituasjoner. Enheten tilbyr direkte‑på‑forespørsel‑utskrift som kan kontrolleres fra hjemmebasen, eller av astronauter under flyging. For reisende i dyprommet eliminerer dette alternativet behovet for å pakke tusenvis av potensielle reservedeler.

Ulike materialer

SpaceCAL‑utskriftsmetoden er ekstremt fleksibel. Forskerne har allerede testet metoden med over 60 ulike materialer. Disse enhetene kan skrive ut med silikoner, plast, glasskompositter, biomaterialer og mer. Dermed er de ideelle for ressursknappe miljøer som romskip, hvor hvert avfall kan resirkuleres til nyttige utskrifter.

Romfart må ta hensyn til hver gram vekt. Derfor er det avgjørende å utvikle en 3D‑utskriftsmetode som kan håndtere produksjon av holdbare deler og verktøy, samtidig som den støtter vev og organiske materialer. SpaceCAL‑printerens allsidighet kan bli den ideelle løsningen for disse oppgavene fremover. I tillegg, etter hvert som nye harpikser, polymerer og metallkompositter dukker opp, kan disse enhetene integrere de oppgraderte materialene, og skape sterke og mer komplekse utskrifter på kortere tid.

Enkelt utskrift

En annen fordel som SpaceCAL gir romreisende er muligheten til å lage utskrifter i ett enkelt trinn. Mange nåværende 3D‑utskriftsmetoder krever flere trinn, noe som øker materialbruk, kompleksitet, kostnader og vekt på enhetene. SpaceCAL‑printeren kan skape intrikate, tilpassede 3D‑geometrier i ett enkelt utskriftstrinn, noe som forbedrer effektivitet og sikkerhet.

Raskere utskrifter

SpaceCAL‑utskriftsmetoden er svært rask sammenlignet med lagdelingsmetoder. Testresultatene viste at de 3D‑trykte benchys bare tok omtrent 20 sekunder per utskrift. Denne hastigheten åpner døren for nye bruksområder for disse enhetene i fremtiden. Tenk deg en romreisende som raskt skriver ut en energidel, et verktøy eller annet nødvendig element uten forsinkelse. Merk at denne tilnærmingen er mye raskere enn dagens metoder, som kan ta timer å fullføre en enkelt kompleks utskrift.

Frihet i design

En av de største fordelene denne forskningen har vist, er at mikrogravitasjons‑3D‑skrivere kan skrive ut gjenstander som ikke er mulige på jorden. Disse lav‑gravitasjonsmiljøene forbedrer materialflyt og gjør det mulig for ingeniører å være mer kreative i designene sine. Dermed kan fremtiden se orbitalt additivt produserte produkter bli viktige elementer i hverdagen.

Bruksområder for SpaceCAL

Det finnes flere umiddelbare bruksområder for SpaceCAL‑printerne. Primært blir de sett på som avgjørende elementer for reiser i dyprommet. Det finnes også planer om å bruke disse enhetene til å hjelpe med å kolonisere månen. Denne siste testen bekrefter teamets forskning og demonstrerer den forbedrede ytelsen som SpaceCAL‑metoden gir. I fremtiden kan varianter av disse enhetene brukes til å skrive ut alt fra deler til boliger.

Medisinske behov

Et av de kuleste og mest sci‑fi‑aspektene ved SpaceCAL‑prosjektet er evnen til å skrive ut biomaterialer. Tenk deg astronauter som skriver ut organer, tannbehov, hudtransplantater og til og med nye linser. Forskerne ser dette som den fremtidige utviklingen for deres oppfinnelse. De forestiller seg en dag da SpaceCAL‑printere brukes til å lage organer som ville være umulige å skrive ut på jorden. Disse organene kan brukes av astronauter eller sendes tilbake til planeten for befolkningens bruk.

Forskere

Forskning for dette prosjektet inkluderte et team av UC Berkeley‑ og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)‑studenter ledet av 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 bidro også til å utvikle og teste SpaceCAL‑konseptet.

SpaceCAL har støtte fra NASA‑s Flight Opportunities‑program, Berkeley Engineering og det for tiden under bygging Berkeley Space Center. I tillegg sikret prosjektet en tilskudd på 1,4 millioner dollar, som gjorde det mulig for forskerne å forbedre enheten og testingen.

Selskaper som kan utnytte denne studien for å øke inntektene

Flere produsenter kunne integrere SpaceCAL‑utskriftsteknologi for å tilby nye eller forbedre eksisterende produkter. Disse selskapene har allerede en sterk posisjon i sine respektive markeder, og innføringen av høyhastighets‑ og effektive SpaceCAL‑utskriftsmetoder kan betydelig forbedre deres tilbud.

Organovo Holdings

(ONVO )

Organovo Holdings er en pioner innen biomedisinsk 3D‑utskrift. Selskapets mål er å bruke 3D‑skrivere til å etterligne menneskelige organer og vev, slik at forskere kan studere effektene av medisiner, miljøet og andre faktorer uten å sette mennesker i fare.

Organovo Holdings er basert i San Diego og er en pioner innen 3D‑biotissue‑utskrift. Produktene deres gjør det mulig for forskere å studere sykdommer, infeksjoner og potensielle behandlinger. Evnen til å skrive ut vev og organisk materiale åpner døren for en fremtid hvor givere ikke er nødvendige og akutte medisinske prosedyrer kan gjennomføres raskere, noe som redder millioner av liv hvert år.

Organovo Holdings er et sterkt tillegg til porteføljen din. Selskapet holdt nylig en presentasjon om sin forskning på årets Digestive Disease Week (DDW2024). Selskapets posisjon som en markedsleder, kombinert med den økende etterspørselen etter biomedisinske utskriftstjenester, plasserer Organovo Holdings for fremtidig suksess.

Proto Labs

(PRLB )

Proto Labs kom inn på markedet i 1999 og er basert i Maple Plain, Minnesota. Selskapet spesialiserer seg på kortløp og prototypisk utskrift. Det tilbyr ulike tjenester, inkludert rask additiv produksjon og injeksjonsstøping. Selskapets raske leveringstid og fleksibilitet har hjulpet det med å sikre en dominerende posisjon i markedet.

Proto Labs har kunnskap som spenner over et enormt spekter av industrier. Spesielt tilbyr selskapet forbrukerprodukter, medisinsk utstyr og bildeler. Produsenten gjør det mulig for ingeniører å bygge i populær programvare som CAD og deretter sende utskriftene for raske resultater. Proto Labs leverer utskrifter på dager, noe som gjør dem til den fremste løsningen for prototyping.

Etterspørselen etter Proto Labs‑tjenester har jevnlig økt gjennom årene. Selskapet har for tiden en markedsverdi på 857,71 millioner dollar. Hvis Proto Labs kunne integrere SpaceCAL‑teknologier i sin forretningsmodell, kunne de tilby enda raskere prototyping til sine kunder. De kunne også redusere utskriftskostnadene og eliminere behovet for mange av sine nåværende skrivere.

Fremtiden for 3D-utskrift

Fremtiden for 3D‑utskrift ser lysende ut. Det har vært mange store utviklinger i bransjen de siste årene. Dagens mest avanserte 3D‑skrivere bruker nå lav‑effekt‑lasere og kan skrive ut flere materialer med én enhet. Dermed er det nå mulig å skrive ut fungerende komplekse og til og med elektriske enheter.

Forskning i dyprommet

Forskning i dyprommet fortsetter å drive FoU‑arbeid. Nylig ble 3D‑printede hjerter tatt med til den internasjonale romstasjonen. Målet var å undersøke effektene av romstråling på organer. Forskningen er en del av en større oppdrag som har fått støtte fra Brown og Johns Hopkins University, samt NASA.

Enkle grensesnitt

Store språkmodell‑AI‑chatboter er en annen viktig utvikling som vil omforme 3D‑utskriftsopplevelsen. Disse grensesnittene gjør det mulig for folk å kommunisere med datamaskiner som mennesker. Programmer som ChatGPT har demonstrert kraften i disse verktøyene og hvordan de kan forbedre effektivitet, utvide muligheter og senke kostnader.

I fremtiden vil 3D‑utskrift ikke kreve mye teknisk kunnskap. De fleste enheter vil kun trenge tekst‑ eller stemmeinstruksjoner for å fullføre komplekse oppgaver som de har lært gradvis gjennom år med data og oppgraderinger av AI‑modellene sine. Når du kombinerer utsiktene til SpaceCAL‑utskriftsteknologi med avanserte AI‑muligheter, ser teknologien ut til å ha uendelig potensial.

Høyeffektivitetsskrivere

Nylig utviklet forskere en ny dual‑laser‑utskriftsmetode som reduserer kostnader og avfall. Denne metoden konverterte en av de vanlige femtosekundlaserene til en lavere‑effekt‑enhet. Teamet introduserte deretter en ny beregningsformel som gjorde dem i stand til å bestemme en optimal justering mellom laserne. Resultatene ligner på de opprinnelige dual‑femtosekundlaserene.

Den nye tilnærmingen brukte et mye billigere laseralternativ, noe som reduserte kostnadene betydelig. I tillegg kan denne oppgraderingen tilpasses de fleste nåværende laser‑3D‑skrivere som brukes i produksjonssektoren med minimal innsats. Dermed kan denne oppgraderingen bidra til å senke 3D‑utskriftskostnadene globalt og åpne døren for enda mer rimelige enheter snart.

En annen vellykket test

Denne siste testrunden fremhever hvor raskt teamet har gjort fremskritt i sin oppgave. Du kan forvente å høre mer om dette prosjektet etter hvert som ingeniørene søker å skrive ut komplekse enheter under romreiser. Foreløpig kan dette innovative teamets banebrytende innsats innen mikrogravitasjonsutskrift en dag forbedre livet til milliarder av mennesker.

Lær om andre spennende 3D‑utskriftsprosjekter nå.