На борту Міжнародної космічної станції (МКС) на металевому 3D-принтері, створеному компанією Airbus та її партнерами, було вперше надруковано металеву 3D-деталь. Пристрій уперше прибув на МКС у січні 2024 року на борту вантажного космічного корабля Cygnus NG-20 і був успішно встановлений на космічній станції. Метою експерименту була демонстрація можливості виробництва металевих деталей в умовах мікрогравітації, що може відкрити шлях до нових можливостей виробництва на орбіті.
Після того як у травні цього року принтер був встановлений на борту європейського модуля Columbus на МКС, почався процес друку. Операції друку контролювалися французьким космічним агентством CNES з центру управління корисними навантаженнями МКС. Два оператори з Airbus і CNES стежили за тим, щоб процес проходив гладко.
Команда почала з пусконалагоджувальних випробувань - важливого етапу, під час якого перевіряється робота всіх підсистем 3D-принтера: системи осадження з нержавіючої сталі, лазера, подачі дроту. Також необхідно було перевірити координацію рухомих пластин принтера, забезпечивши його здатність наносити метал за заданою траєкторією.
Потім можна було починати процес друку, як це відбувається у звичайних настільних 3D-принтерах: розплавлений матеріал наноситься на рухому пластину, і деталь формується шар за шаром. Тут замість пластику ми розплавляємо дріт із нержавіючої сталі за допомогою потужного лазера.
Для підтвердження цього етапу введення в експлуатацію знадобилося останнє випробування: нанесення літери S з нержавіючої сталі. «Успішний друк літери S підтвердив те, що ми називаємо «2D», - каже провідний інженер Metal 3D Ентоні Лекоссе. «Далі нам треба було перейти до 3D, що означає нанесення декількох шарів один на одного... Нам належить виконати складний операційний сценарій, щоб забезпечити надійне управління і моніторинг корисного навантаження дистанційно через телекомунікаційні канали МКС».
Після кількох коригувань шари вдалося з'єднати між собою. З усіх параметрів 3D-друку найбільшої уваги потребує правильна висота шару. Висота вимірюється перед надсиланням диспетчером команди калібрування для регулювання висоти наступного шару. А всього потрібно надрукувати понад 200 шарів. «Це копітка робота, ми вчилися щодня, скануючи кожен надрукований шар і використовуючи всі дані, отримані від корисного навантаження. Це допомогло нам постійно адаптуватися», - каже Лекоссе.
До середини липня, через 55 шарів, було надруковано половину першого зразка, що ознаменувало початок «крейсерської фази», коли швидкість друку прискорилася завдяки оптимізації процесу як на Землі, так і на борту МКС. Наприклад, після аналізу вимог до рівня шуму час друку було збільшено з 3,5 до 4,5 годин на день.
До початку серпня 2024 року перший зразок був готовий для вилучення астронавтом МКС. Металевий 3D-принтер поміщений у герметичний бокс, який діє як сейф, підтримуючи всередині принтера потрібну атмосферу з дуже низьким рівнем кисню і забезпечуючи безпеку на борту. Під час друку кисень у цьому боксі було замінено на азот, щоб захистити МКС та її екіпаж від ризику загоряння, пов'язаного з використанням потужного лазера для досягнення температури плавлення металу понад 1 200°C. Заміна кисню на азот також запобігла окисленню металу.
Останнім кроком було повернення атмосфери всередині принтера до нормального стану перед розкриттям герметичного боксу. 21 серпня астронавти Суніта Вільямс і Жанетт Еппс витягли перший зразок з металевого 3D-принтера.
«Цей перший зразок дасть змогу ESA охарактеризувати вплив мікрогравітаційного середовища на процес 3D-друку металів, порівнявши механічні властивості цієї деталі, виготовленої в космосі, з аналогічною деталлю, виготовленою в нашій лабораторії в Тулузі. Також було перевірено практичність роботи», - каже Лекоссе.
Три інші зразки, які будуть надруковані, продемонструють різні властивості металу. Після повернення з МКС усі чотири деталі будуть проаналізовані на землі в ESTEC, Європейському центрі астронавтики та Технічному університеті Данії.
«Одна з основних цілей демонстрації технології - зібрати якомога більше даних про вплив мікрогравітації на продуктивність друку. Ми дуже раді, що нам вдалося домогтися успішного друку з першого разу!», - підсумовує Лекоссе. «Це допоможе просунути технології для космічного виробництва, від оснащення і ремонту до адитивного будівництва, відкриваючи нові можливості для майбутніх місій з освоєння космосу».
