На борту Международной космической станции (МКС) на металлическом 3D-принтере, созданном компанией Airbus и ее партнерами, была впервые напечатана металлическая 3D-деталь. Устройство впервые прибыло на МКС в январе 2024 года на борту грузового космического корабля Cygnus NG-20 и было успешно установлено на космической станции. Целью эксперимента была демонстрация возможности производства металлических деталей в условиях микрогравитации, что может открыть путь к новым возможностям производства на орбите.
После того как в мае этого года принтер был установлен на борту европейского модуля Columbus на МКС, начался процесс печати. Операции печати контролировались французским космическим агентством CNES из центра управления полезными нагрузками МКС. Два оператора из Airbus и CNES следили за тем, чтобы процесс проходил гладко.
Команда начала с пусконаладочных испытаний — важного этапа, во время которого проверяется работа всех подсистем 3D-принтера: системы осаждения из нержавеющей стали, лазера, подачи проволоки. Также необходимо было проверить координацию движущихся пластин принтера, обеспечив его способность наносить металл по заданной траектории.
Затем можно было начинать процесс печати, как это происходит в обычных настольных 3D-принтерах: расплавленный материал наносится на движущуюся пластину, и деталь формируется слой за слоем. Здесь вместо пластика мы расплавляем проволоку из нержавеющей стали с помощью мощного лазера.
Для подтверждения этого этапа ввода в эксплуатацию потребовалось последнее испытание: нанесение буквы S из нержавеющей стали. «Успешная печать буквы S подтвердила то, что мы называем «2D», — говорит ведущий инженер Metal 3D Энтони Лекоссе. «Далее нам предстояло перейти к 3D, что означает нанесение нескольких слоев друг на друга... Нам предстоит выполнить сложный операционный сценарий, чтобы обеспечить надежное управление и мониторинг полезной нагрузки дистанционно через телекоммуникационные каналы МКС».
После нескольких корректировок слои удалось соединить между собой. Из всех параметров 3D-печати наибольшего внимания требует правильная высота слоя. Высота измеряется перед отправкой диспетчером команды калибровки для регулировки высоты следующего слоя. А всего нужно напечатать более 200 слоев. «Это кропотливая работа, мы учились каждый день, сканируя каждый напечатанный слой и используя все данные, полученные от полезной нагрузки. Это помогло нам постоянно адаптироваться», — говорит Лекоссе.
К середине июля, спустя 55 слоев, была напечатана половина первого образца, что ознаменовало начало «крейсерской фазы», когда скорость печати ускорилась благодаря оптимизации процесса как на Земле, так и на борту МКС. Например, после анализа требований к уровню шума время печати было увеличено с 3,5 до 4,5 часов в день.
К началу августа 2024 года первый образец был готов для извлечения астронавтом МКС. Металлический 3D-принтер помещен в герметичный бокс, который действует как сейф, поддерживая внутри принтера нужную атмосферу с очень низким уровнем кислорода и обеспечивая безопасность на борту. Во время печати кислород в этом боксе был заменен на азот, чтобы защитить МКС и ее экипаж от риска возгорания, связанного с использованием мощного лазера для достижения температуры плавления металла более 1 200°C. Замена кислорода на азот также предотвратила окисление металла.
Последним шагом было возвращение атмосферы внутри принтера к нормальному состоянию перед вскрытием герметичного бокса. 21 августа астронавты Сунита Уильямс и Жанетт Эппс извлекли первый образец из металлического 3D-принтера.
«Этот первый образец позволит ESA охарактеризовать влияние микрогравитационной среды на процесс 3D-печати металлов, сравнив механические свойства этой детали, изготовленной в космосе, с аналогичной деталью, изготовленной в нашей лаборатории в Тулузе. Также была проверена практичность работы», — говорит Лекоссе.
Три других образца, которые будут напечатаны, продемонстрируют различные свойства металла. После возвращения с МКС все четыре детали будут проанализированы на земле в ESTEC, Европейском центре астронавтики и Техническом университете Дании.
«Одна из основных целей демонстрации технологии — собрать как можно больше данных о влиянии микрогравитации на производительность печати. Мы очень рады, что нам удалось добиться успешной печати с первого раза!», — заключает Лекоссе. «Это поможет продвинуть технологии для космического производства, от оснастки и ремонта до аддитивного строительства, открывая новые возможности для будущих миссий по освоению космоса».
