Как работает этот 3D-принтер для марсианской среды обитания, созданный для НАСА?

Давайте начнем с общего внешнего вида и дизайна: этот принтер содержит роботизированную руку с инструментальной головкой, очень похожую на сварочного робота, и, вероятно, управляется с помощью аналогичного программного обеспечения CAM.

Изображение от Robotics.org

Инструментальная головка

Действительно интересная часть здесь-это инструментальная головка. Итак, давайте посмотрим на это и попробуем перепроектировать использование некоторых деталей по тому, как они расположены и что о них можно увидеть, вместе с информацией, предоставленной OP.

Черные трубы

Есть пучок из 12 черных труб, которые идут от основного корпуса к печатающей головке, заканчиваясь сбоку от диска на некотором расстоянии. На мой взгляд, они подозрительно похожи на систему подачи воздушного потока, так что, скорее всего, это какая-то система охлаждения. Это дополнительно поддерживается огромными вентиляторами в основании машины, накачивающими воздух в гибкую трубу.

Серебряный Резервуар

На первом изображении изображен серебряный резервуар с этикеткой V7 (версия 7?) или VT (как в Вирджинии Тек) или что-то подобное на нем. Он подсоединяется через серый шланг к основанию принтера. Установка его над экструдером указывает на то, что это бункер, скорее всего, содержащий печатный материал в гранулированном или порошкообразном виде, и что он подается через серый шланг. Судя по информации, приведенной в вопросе, это может быть какой-то PLA (синтезированный из кукурузного крахмала) или другой биопластик, использующий марсианскую пыль в качестве наполнителя. Отсюда печатный материал попадает в центральную колонку...

Центральная Колонна

...который проходит через дистанционный диск в толстую насадку, поэтому это должно быть сочетание экструдера и нагревателя. В верхней части расположен большой шаговый двигатель в ориентации Z, что указывает на то, что внутри матово-серой трубки находится оправка, прижимающая плавящиеся гранулы мимо нагревательного элемента в сопло ниже.

Печатные материалы и дополнительная информация

На последнем рисунке с гордостью показано "Autodesk" сбоку принтера. У Autodesk есть собственная статья о печати в космосе с августа 2018 года, в которой Натан Голино из принадлежащего НАСА GMRO заявляет следующее:

Истирание было проблемой с 3D-принтером, который мы используем. Это очень грубо на подающем винте, стволе и насадке, так как материал экструдируется через систему.

Это подтверждает общую косметику, похожую на экструдер для гранул.

Сочетание небольшого количества отходов пластика с дробленой породой, известной как реголит, может образовать добавочный строительный материал, который прочнее бетона. (на подписи к рисунку)

Материал, который мы использовали в наших экспериментах с добавками,-это реголит, смешанный с отработанными полимерами. Вы можете получить полимеры в виде мусора для космонавтов и транспортных контейнеров, или вы можете синтезировать полимеры. Вы можете использовать его в качестве связующего для реголита с относительно низким соотношением полимера к реголиту, чтобы сделать строительный материал, очень похожий на портландцемент при сжатии и в 20 раз более прочный при растяжении.

"Отработанный полимер" может быть чем угодно, от ABS до PETG, от ASA поверх ПК до PLA, но, похоже, смесь пластика с реголитом имеет высокое содержание реголита. Кажется, что он ведет себя скорее как пластик, чем бетон, твердея/застывая от расплавленной пасты до твердого бетона по мере охлаждения.

В качестве интересного дополнительного лакомого кусочка: Голино также заявляет, что марс-принтеры в настоящее время находятся на уровне от 2 до 3, где 0 - "общая концепция" и 9 - "готовы к полету", поэтому находятся в ранней разработке.

Дальнейшее изучение предыстории проекта - конкурса дизайна в 2015 году - намекнуло на то, что программным обеспечением для arm может быть даже Autodesk PowerMill.

Оглядываясь назад на вопрос, является ли это V7 или VT на бункере принтера, появилась статья с тем же куполом, напечатанная в вопросе OP: Virginia Tech была частью экипажей, которые вышли в финал вышеупомянутого конкурса дизайна и были частью финала. Они работали с командой AI Space Factory, которая вышла победительницей. В соответствующей статьепринтер, который показал нам операционный директор, можно увидеть под другим углом, без охлаждающих труб и с другим, более длинным экструдером. Это немного больше рассказывает нам о распределении работы между командами и участниками:

Судно большого формата, напечатанное AI SpaceFactory в Autodesk BUILD Space для этапа строительства конкурса. Инструментарий был разработан в сотрудничестве с Virginia Tech и Autodesk.

Основная компания, стоящая за этим, AI SpaceFactory, показала другую версию - без охлаждающих труб - в видео на YouTube 10 апреля 2019 года и производительность версии с воздушным охлаждением во время финала конкурса 3 мая 2019 года (внимание, 10 часов 3D-печати в изобилии!) В 9:52:12 мы также начинаем узнавать, что это за диск на рисунке 1: это торцевая крышка конструкции, которая, к сожалению, провалилась в отверстие из-за проблем с навигацией.

В следующем более коротком и прокомментированном видеомы видим, что принтер также содержит своего рода захват для установки оконных рам и мансардного окна, а также тест на несущую способность, выполненный после печати. По-видимому, материал, который они используют, разработан до такой степени, что его можно использовать повторно после повторного измельчения в пыль.