В космической отрасли в скором времени появятся 3D-принтеры

Управляемые ИИ гигантские 3D-принтеры печатают космические ракеты

16 октября 2020

Relativity Space – стартап, поставивший целью объединить печать на 3D-принтере с искусственным интеллектом, является обладателем, пожалуй, самого большого в мире металлического 3D-принтера, на котором он изготавливает детали, из которых будут собираться ракеты.

Что примечательно, Relativity хочет не просто печатать ракеты – в будущем их планируется создавать прямо на Марсе. Как именно? По словам исполнительного директора и сооснователя стартапа Тима Эллиса (Tim Ellis), ответом на этот вопрос являются роботы – много роботов, которые уже сейчас круглосуточно работают на фабрике Relativity.

Открыв двери офиса Relativity в Лос-Анджелесе, вы увидите четыре крупнейших в мире 3D-принтера, день и ночь печатающих различные детали будущей ракеты. Высота последней модели фирменного принтера компании Stargate составляет 30 футов (9,144м) при этом устройство обладает двумя огромными роботизированными руками-рычагами. Планируется, что 95% деталей первой ракеты Relativity – Terran-1 – будет напечатано на принтере Stargate. Единственными частями, которые будут изготовлены без использования принтера, станут электронные компоненты, кабели, а также некоторые подвижные детали и резиновые уплотнители.

Для того чтобы напечатать ракету на 3D-принтере, команде Эллиса пришлось полностью переосмыслить способ конструирования ракет. В результате, количество деталей Terran-1 будет в 100 раз меньше, чем у обычной ракеты. К примеру, двигатель Aeon состоит всего из 100 элементов, тогда как количество деталей двигателя обычной, работающей на жидком топливе ракеты, исчисляется тысячами. По словам Эллиса, консолидируя компоненты и оптимизируя их для 3D-печати, Relativity сможет свести весь процесс создания ракеты (от исходных материалов до момента запуска ракеты) к 60 дням. Конечно, пока это только теория, ведь Terran-1 еще не собрана, а ее запуск ожидается не раньше 2021 года.

«Полномасштабное тестирование станет главным этапом, который подтвердит новую технологию», – отмечает старший аналитик космического агентства Northern Sky Research Шагун Сачдева (Shagun Sachdeva). После этого компания сможет перейти к решению насущных проблем».

Основатели Relativity считают, что нашли свою нишу в отрасли ракетостроения. В собранном виде высота Terran-1 будет составлять 100 футов (30,48м), при этом ракета сможет доставлять на низкую околоземную орбиту спутники весом до 2800 фунтов (1270кг).

Стоит отметить, что 3D-принтеры в производстве ракет использует не одна Relativity – SpaceX, Blue Origin, Rocket Lab и другие компании отрасли также печатают на 3D-принтерах отдельные детали космических аппаратов. Однако, по мнению Эллиса, космической индустрии необходимо мыслить масштабнее. В долгосрочной перспективе Эллис рассматривает напечатанные на 3D-принтерах ракеты в качестве ключевого транспорта, используемого для транспортировки грузов с и на Марс. К примеру, такие ракеты могли бы использоваться для вывода на орбиту Марса аппаратуры для исследований или для транспортировки на Землю взятых на Красной планете проб и образцов.

29-летний Эллис и его компаньон, 26-летний Джордан Нун (Jordan Noone) занимаются конструированием ракет со времени учебы в колледже, где они участвовали в работе над проектом Университета Южной Калифорнии. После этого оба нынешних основателя стартапа работали в Blue Origin и SpaceX. Именно там Эллис начал задумываться о возможности производства ракет без привлечения человеческого труда.

Чтобы реализовать свою идею, Эллису был необходим гигантский 3D-принтер. Первая модель принтера Stargate имела высоту 15 футов (4,572м) и состояла из трех роботизированных рук, которые использовались для плавки металла, мониторинга работы принтера и исправления ошибок.

Сейчас Relativity работает с новой версией Stargate, способной печатать еще более крупные компоненты, например, камеры сгорания. По размеру она вдвое превышает своих предшественников и имеет уже две руки-рычага, каждая их которых может выполнять заданий больше, чем в предыдущих версиях. По словам Эллиса, следующая модель принтера еще раз удвоится в размере, что, наконец, позволит компании производить ракеты большого размеры.

Принтеры Stargate хорошо справляются с быстрой печатью крупных деталей, однако для деталей, требующих повышенной точности, например, двигателя ракеты, Relativity использует имеющиеся в продаже металлические 3D-принтеры, которыми пользуются другие компании аэрокосмической отрасли. Эти принтеры применяют другую технику печати, при которой лазер сплавляет друг с другом слои ультратонкой пыли из нержавеющей стали.

По словам Эллиса, секретом ракет Relativity является искусственный интеллект, который сообщает принтеру этапы работы. Перед печатью Relativity подготавливает схему будущей напечатанной детали. При подаче металла в принтер набор сенсоров собирает визуальные данные, данные об окружающей среде и даже аудиоданные, после чего программа анализирует их и настраивает процесс печати.

С печатью каждой новой детали алгоритм машинного обучения оптимизируется. Планируется, что в будущем 3D-принтер будет распознавать собственные ошибки, разрезая и добавляя металл до тех пор, пока не будет напечатана правильная деталь.

«Чтобы печатать детали на Марсе, необходима система, способная адаптироваться к очень неопределенным условиям, – объясняет Эллис, – поэтому мы создаем алгоритмическую систему, которая (…) действительно сможет использоваться для печати на других планетах».

Несомненно, далеко не все верят в то, что подход Relativity является перспективным решением, по крайней мере, в земных мерках. Так, руководитель проекта Launcher Space Макс Хот (Max Haot) считает, что напечатанные на 3D-принтере детали, особенно компоненты двигателя, могут значительно уступать по качеству деталям, произведенным традиционным способам.

Тем не менее, Relativity уже заключила сделки на сотни миллионов долларов с несколькими компаниями-операторами спутников, в том числе Telesat LEO и Momentus.

По мнению Шагуна Сачдевы из Northern Sky Research, опыт Relativity может иметь долгосрочную ценность не только в отрасли производства ракет:

«Даже если мы не придем к полному циклу производства ракет на Марсе, Relativity сможет производить другие компоненты на орбите. Это очень серьезное достижение для всей отрасли».

Однако главной целью все-же являются ракеты. В настоящее время компания тестирует печать деталей двигателя и турбонасоса, и ей предстоит провести еще множество экспериментов.

После того, как ракета будет собрана, команда Эллиса планирует переправить ее в Космический центр Кенннеди. Первый полет напечатанной на 3D-принтере ракеты станет очень важным моментом для космической отрасли, а для Relativity он будет означать начало долгого пути к полетам на Марс.

3D-печать и космос: самое важное

1. Использование аддитивных технологий при изготовлении деталей космических кораблей.

3D-печать активно используется в аэрокосмической отрасли для изготовления прототипов, деталей двигателей и оснастки. Ее применение позволяет производителю удешевить продукцию, повысить ее эксплуатационные характеристики, а также значительно сократить время изготовления отдельных изделий. К аддитивным технологиям так или иначе обращаются все крупные компании, связанные с аэрокосмическим производством.

В основном, с помощью 3D-печати производят части двигателей. Так, американская компания Aerojet Rocketdyne заключила контракт на 1,6 миллиарда долларов на производство ракетного двигателя RS-25, часть деталей для которого будет изготовлена на 3D-принтере. Производство одной детали традиционными методами могло занять полгода – 3D-печать позволила Aerojet Rocketdyne сократить сроки и издержки, значительно ускорить процесс производства прототипов. Помимо этого, компания с успехом применяет аддитивные технологии в других проектах.

Другая американская компания Rocket Lab занялась строительством первой в Новой Зеландии станции для орбитальных запусков. Именно оттуда планируется запустить первую в мире ракету, кислородно-углеводородный двигатель которой полностью напечатан на 3D-принтере.

Список был бы неполным без бизнесмена и конструктора Илона Маска. Его компания SpaceX провела успешные испытания напечатанных на 3D-принтере двигателей SuperDraco, которые будут использоваться в космическом корабле Dragon, а также работает над системой реактивной тяги Raptor Rocket.

Другие промышленные гиганты не остановились на двигателях. Компания Blue Origin использовала более 400 напечатанных на 3D-принтере деталей в рамках первого полета New Sheppard в июне 2015 года.

А концерн Boeing заключил контракт с Oxford Performance Materials, ведущим специалистом по аддитивному производству, на изготовление 600 напечатанных на 3D-принтере деталей для новых космических такси Starliner.

Аддитивные технологии применяются также в перспективных проектах недалекого будущего. NASA использует продвинутые методы в подготовке марсианской миссии : 3D-печать уже используется для создания прототипов, производства деталей в космосе и даже для изготовления комплектующих двигателя будущего корабля, который отправится на Марс.

Аэрокосмическая отрасль России также начинает внедрять 3D-печать. Для этих целей в распоряжение корпорации «Роскосмос» поступил уникальный отечественный 3D-принтер «Роутер 3131» с большим печатным полем. Он будет создавать элементы космических аппаратов.

2. Применение 3D-печати в производстве спутников и аппаратов.

Еще одно направление в аэрокосмической промышленности, которые мы решили рассмотреть отдельно, – это аддитивные технологии при производстве спутников. В отличие от ракеты, стоимость спутника существенно ниже, но и ее можно уменьшить, обратив внимание на инновационные технологии.

Именно это и сделал аэрокосмический гигант Boeing, начав использовать 3D-печать для производства модульных спутников. Сейчас один аппарат стоит, в среднем, 150 миллионов долларов – такая цена обусловлена не только высокотехнологичной составляющей, но и существенной стоимостью рабочей силы, задействованной в производстве. При использовании 3D-принтеров стоимость и сроки производства спутников существенно уменьшаться.

У небольших стартапов и исследовательских проектов задачи скромнее, однако 3D-печать помогает и им. Группа исследователей из Северо-Западного назарейского университета в Айдахо ожидает запуска в космос своего напечатанного на 3D-принтере спутника MakerSat, первого в штате. Размеры аппарата всего – 10х10х11,35 см, а создан он из доступных полимеров для 3D-печати (ABS, ULTEM и нейлон).

Разработчик высокопроизводительных спутников Millennium Space Systems недавно объявил об окончании работ над предсерийной моделью из серии ALTAIR, которую теперь готовят к запуску в космос. Новые технологии, использованные в конструкции спутника, сделают возможными новые космические миссии. Например, 3D-печать позволит сэкономить на стоимости отправки деталей в космос и сократить сроки подготовки и проведения миссий.

Отличились и российские ученые. В 2016 году в Томском политехническом университете разработали малый спутник «Томск-ТПУ-120». При создании аппарата ученые и студенты Томского политеха применяли аддитивные технологии — каркас и большая часть составляющих напечатаны на 3D-принтере. 31 марта 2016 года 3D-спутник покинул Землю и обосновался на орбите.

Еще дальше залетела «Юнона». Космическая станция NASA с такими именем летом 2016 года вышла на орбиту Юпитера. Это событие важно также и для 3D-печати, поскольку «Юнона» стала первым космическим аппаратом с напечатанными на 3D-принтере деталями — титановыми волноводными элементами производства Lockheed Martin.

3. Космические 3D-принтеры.

Космонавты, находящиеся на орбите, зачастую не могут обеспечить себя всем необходимым и вынуждены ждать грузов, которые приходят на Международную космическую станцию (МКС) во время плановых полетов. К сожалению, в течение этого времени экипаж не застрахован от аварий или поломок важных систем. Эксперименты по 3D-печати в космосе дают потенциальную возможность распечатать необходимые запчасти, если какие-либо детали откажут в космосе. Это очень важно для будущих полетов к Марсу и другим планетам: длительное время колонисты не смогут получить помощи с Земли. Поэтому в предстоящих экспедициях чрезвычайно важно использовать все имеющиеся возможности для изготовления изделий на борту кораблей и космических станций.

На МКС такие эксперименты проводятся с 2014 года. Именно тогда 3D-принтер Zero G производства компании Made in Space был доставлен на американский сегмент станции. Первая печать произошла 24 ноября 2014 года и ознаменовала собой новую эпоху развития 3D-технологий. Распечатанный объект представлял собой часть самого принтера, лицевую панель печатной головки, что символизирует возможность однажды распечатать в космосе 3D-принтер на 3D-принтере. В 2016 году на МКС был доставлен еще один принтер компании Made in Space под названием Additive Manufacturing Facility(AMF).

С этих пор пробы печати на МКС происходят регулярно. Одной из последних задумок был инновационный план канадской компаний 3D4MD, который предполагал печать на МКС медицинских устройств, например, шин или хирургических инструментов. Для создания таких устройств, как индивидуальные шины при переломе пальцев, разработчики 3D4MD могли бы использовать, например, мерки, снятые в процессе подготовки скафандров, и создать модель на Земле. Затем 3D-модель можно отправить на МКС, где шина будет напечатана на 3D-принтере.

Роскосмос также развивает подобный проект. Эксперимент с названием «3D-печать» должен подтвердить возможность использования 3D-принтера при отсутствии гравитации. Данный прибор создан в стенах Томского политехнического института и согласован с инженерами РКК «Энергия». На МКС принтер отправится в 2018 году.

Не имея возможности проводить эксперименты в космосе, другие державы организуют опыты на земле. Команда разработчиков из Китая недавно провела успешные испытания первого 3D-принтера, рассчитанного на условия невесомости. Множество сложных тестов проводились во французском городе Бордо.

4. 3D-биопечать в космосе.

Известно, что в открытом космосе присутствует электромагнитное и радиационное излучение, оказывающее губительное воздействие на биологические ткани. Для того, чтобы космонавт смог перенести все тяготы перелета, одной защиты корабля недостаточно — необходимо подумать и о качественной медицинской помощи. А если она не поможет, тогда и вовсе о замене каких-либо органов.

Именно поэтому Российская Объединенная ракетно-космическая корпорация (ОРКК) согласовала эксперимент по использованию 3D-биопринера на Международной космической станции (МКС). Его разработчиком стала российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions , специализирующаяся на технологиях биопечати. Ученые надеются, что магнитный биопринтер позволит создавать в космосе ткани и органы. Ожидается, что устройство доставят на МКС к 2018 году.

Аналогов российскому проекту за рубежом пока нет.

5. Возведений сооружений с помощью строительной 3D-печати.

Одна из самых основных проблем при возведении зданий на внеземных объектах— это ограниченное количество либо отсутствие строительного материала. Единственным доступным сырьем, не нуждающимся в транспортировке с нашей планеты, являются местные геологические породы. Неудивительно, что ученые решают задачу их использования при возведении зданий.

Так, инженеры из Северо-Западного университета США нашли способ использовать качественные материалы в ситуациях, когда ресурсы ограничены. Речь идет о процессе аддитивного производства из специальных материалов, имитирующих лунный и марсианский реголит. Это прочные и эластичные материалы, которые производятся с использованием порошкообразных веществ, напоминающих породы с поверхности Луны и Марса.

Вполне вероятно, что данная технология будет использована при колонизации Марса. Из-за экстремальных температур и высокой радиации на поверхности «красной планеты» первым колонизаторам потребуются надежные убежища. Эксперты NASA предлагают создать с помощью 3D-печати «купол» изо льда с поверхности Марса, покрытый прозрачной мембраной из фторопласта-40. Одно из основных преимуществ жилища на основе воды в том, что такие стены защищают от космической радиации, но не препятствуют проникновению света – это создает некоторый уют. Помимо этого, при выборе материалов учитывались и другие критерии – их прочность и надежность, способность выдерживать непростые условия Марса.

Европейское космическое агентство (ЕКА) ведет разработки в том же направлении и уже достигло некоторых результатов. Ученым из австрийского Университета прикладных наук в Винер-Нойштадте удалось напечатать на 3D-принтере небольшое иглу и угловую стену из материала JSC-Mars-1A, имитирующего марсианскую почву.

Помимо серьезных изысканий, есть и вполне неожиданные проекты. Так, специалисты из упомянутого нами ЕКА задумались о спасении души первых лунных колонистов и запланировали возвести на Луне храм с помощью 3D-печати. Данное сооружение с поэтичным названием Храм Вечного Света будет расположено в центре жилого комплекса для первых лунных поселенцев и сочетать в себе молитвенное место и обсерваторию. Проектировщики считают, что храмы на Луне позволят возродить утраченную связь человечества с космосом.

Впрочем, по словам Вячеслава Бобина, главы Центра изучения природных веществ при Институте комплексного освоения недр РАН постройка поселений на Луне – не такая уж фантастическая перспектива, как Вам могло показаться. Новая российская программа освоения Луны может обеспечить условия для строительства базы с помощью 3D-печати. Если российским исследователям удастся определить подходящее место для колонии, Бобин считает, что впоследствии для строительства зданий можно будет использовать 3D-принтер.

Это еще не все интересные новости про космическую 3D-печать. Что Вы скажете, например, о напечатанном на 3D-принтере ракетном топливе или применении 3D-технологий в разработке уникального скафандра для первых участников марсианской миссии?

Читайте еще больше актуальной информации в нашем специальном разделе «Космос» и не забывайте поздравить родных и близких с Днем космонавтики!

Российский 3D-биопринтер напечатал в космосе 12 органов

В условиях космоса очень проблематично что-то создать. Все необходимо брать с собой с Земли. Но если без каких-либо инструментов или даже личных вещей можно выжить, то вот если речь заходит об оказании высокоспециализированной медицинской помощи, при серьезных повреждениях космонавты не могут ее получить. Тут выручить могут прийти 3D-биопринтеры. И недавно рамках эксперимента на МКС российский 3D-биопринтер напечатал 12 органов.

Сейчас множество компаний со всего мира проводит эксперименты по 3D-печати биологических образцов в условиях микрогравитации. Одна из них — это российская 3D Bioprinting Solutions, разработавшая принтер для печати органов и тканей «Органавт» (Organ.Avt). Особенностью этого устройства является то, что, в отличие от обычных моделей, где ткань создается послойно путем наложения клеток друг на друга, «Органавт» за счет того, что рассчитан на работу в невесомости, печатает ткань сразу с нескольких сторон. Авторы сравнивают этот процесс с лепкой снежка. При этом принтеру не нужны парамагнетики для удержания структур, что повышает выживаемость клеток.

«Для этого используются магнитные волны: мы создаем магнитное поле заданной формы и клетки не касаются никакой поверхности, они левитируют в жидкости, не взаимодействуя с субстратом. Они не соприкасаются со стенками лабораторной посуды, с кюветой, только друг с другом. На Земле они бы все время пытались упасть, а в условиях космоса они зависают в пространстве. Смысл в том, что при послойной печати клетки формируются на каркасе, а формативное производство позволяет создавать ткани с помощью только клеточного материала, без каркаса.» — поясняет принцип работы один из разработчиков принтера Юсеф Хесуани.

В ходе прошедшего на МКС эксперимента космонавт Олег Кононенко 4 декабря напечатал на принтере первый орган. Им оказалась щитовидная железа мыши. Далее в ходе следующих опытов были напечатаны еще 5 мышиных щитовидных желез и 6 человеческих хрящей. Таким образом было напечатано в общей сложности 12 органов.

Пресс-служба компании «ИНВИТРО» (владелец 3D Bioprinting Solutions) сообщила, что предварительные тесты тканей завершены и сейчас нужно провести гистологическое исследование образцов. Результаты работы будут опубликованы уже в начале следующего 2020 года.

А что вы думаете о печати органов космосе? Есть ли у технологии перспективы? Обсудить это вы можете в нашем Телеграм-чате.

Самые большие объекты человечество построит в космосе: будущее стало реальностью

Представьте себе картину: ракета стартует с космодрома, неся на борту пару десятков тонн груза. За несколько минут она разгоняется до 28 000 км/ч, отдаляясь от Земли почти на 480 км. Что это за ракета? Возможно, спутник связи, космический корабль NASA или какая-то военная установка? На самом деле, нет. Это и не космический корабль вовсе: на борту нет места для экипажа, зато все полезное пространство занято тоннами высококачественного пластика и компонентов для 3D-печати, которые пригодятся для 3D-принтера, что уже ожидает на орбите. Эта футуристическая установка затем использует материалы для создания спутника площадью в несколько километров.

Сейчас спутник таких размеров кажется фантастикой, но это именно та цель, которую поставила перед собой космическая индустрия. В будущем гигантские телескопы, спутники связи, солнечные батареи и огромные космические станции заполнят околоземное пространство, и многие из них будут во много раз превосходить то, что было возведено на поверхности.

Космический конструктор

Концепт Archinaut

Компания Made In Space, штаб-квартира которой расположена в Маунтин-Вью, Калифорния, работает над реализацией этой мечты. В течение последних нескольких лет они разрабатывали производственное оборудование, один из трех 3D-принтеров, предназначенных для космоса. В то время как их коллеги из AMF удобно расположились на борту Международной космической станции, компания Made In Space планирует запустить совершенно новый принтер, который будет работать исключительно в вакууме.

Запуск прототипа, получившего название Archinaut, планируется в конце этого года . В будущем подобные машины смогут печатать на орбите конструкции любого размера. «Мы можем изготовить структуру, которая на Земле была бы невозможна, потому что не выдержала бы собственной тяжести», поясняет генеральный директор Made In Space Эндрю Раш (Andrew Rush). Единственное практическое применение подобной системе найдется там, где нет силы тяжести.

Первый прототип Archinaut является в основном просто доказательством концепции и в ближайшее время не будет использован для печати спутников. Раш говорит, что для начала они хотят опробовать технологию на Земле, и лишь тогда, когда она будет испытана на практике, а все недостатки будут устранены, ее можно будет перенести в космос. Рудраранаян Мукерджи (Rudranarayan Mukherjee), специалист по робототехнике из Лаборатории реактивного движения NASA, считает, что для начала придется преодолеть ряд сложных технических проблем. «Автономия, способность к манипуляции, контроль мощности, метеорологические факторы — все это аспекты, которые придется учитывать для создания оптимальной робототехники».

Кроме того, нужно не только научить роботов эффективно работать при минимальном контроле со стороны человека, но и полностью переработать структуру космических сооружений. Стандартизированные интерфейсы, формат конструкции, термическая устойчивость компонентов и прочие факторы играют важнейшую роль при возведении огромных построек в космосе. Их части должны подходить друг к другу универсально, как детали LEGO, что позволит быстро и дешево создавать различные комбинации модулей, адаптируя их к условиям внешней среды.

Космические телескопы будущего

3D-принтер, в настоящее время установленный на МКС

То, к чему Раш стремится в долгосрочной перспективе — это разработка платформы, на базе которой можно будет создавать по‑настоящему огромные и сложные космические телескопы. «Уже в ближайшем будущем научному сообществу понадобятся 15-, 30- и даже 100-метровые телескопы», уверен он. Ник Зиглер (Nick Siegler), главный технолог JPL, согласен с тем, что для постройки таких телескопов космическая среда станет оптимальным выбором. Его логика проста: в какой-то момент размер телескопа будет превышать размер обтекателя ракеты, а сама конструкция станет слишком тяжелой, и у инженеров не останется иного выбора, как собирать ее на орбите. «Сборка больших телескопов в космосе — это не вопрос «если», это вопрос «когда», он неизбежен», поясняет Ник.

Для сравнения: ракеты со временем становятся все больше, а с ними растут и размеры их обтекателей, что демонстрирует Falcon Heavy или будущий проект SpaceX BFR. Чем больше обтекатель — тем большие телескопы можно запускать с Земли, не прибегая к сборке в космосе. Размер обтекателя Falcon Heavy достиг 5 метров, благодаря чему развертка будущих телескопов может быть увеличена до 9 метров — это внушительная цифра. NASA тоже планирует к 2020-му году запустить в космос ракету с большим, 12-метровым обтекателем, что увеличит ограничение развертки телескопа до 15 метров. Нынешний же рекорд составляет всего 5 метров.

Но настанет время, когда обтекатели ракет уже не смогут обеспечить условия для перевозки телескопов. Зиглер поясняет, что практичнее и дешевле не дожидаться этого порога, а заранее начать разработку систем, сборка которых будет проводиться на орбите. Чем раньше это произойдет — тем более совершенной будет система и тем меньше проблем будет у инженеров. С достаточным количеством ресурсов и финансирования даже 100-метровые телескопы очень быстро перестанут быть фантастикой.

Дальнейшие перспективы

Возможности для сборки и производства в космосе практически неограничены. Но технология все еще находится в зачаточном состоянии, причем первый прототип еще даже не вышел в космос. Но мы уже знаем, какое влияние это окажет на промышленность, потому что подобные проекты были и раньше. Первый крупный проект такого рода начался двадцать лет назад со строительства Международной космической станции. МКС — это самая большая структура, когда-либо созданная в космосе, и это стало возможным даже без использования фантастических роботов или 3D-принтеров.

Космический принтер: прибор для печати органов отправят на МКС

Российские ученые разработали биопринтер «Орган.Авт», который позволит создавать живые микроорганы и ткани в условиях космической лаборатории. Среди целей проекта — развитие технологий биопечати, оценка влияния радиации на развитие клеток, а также тестирование новейших лекарств. Запуск корабля с принтером на МКС запланирован на 11 октября 2018 года.

Техника лепки снежка

Космический биопринтер — это принципиально новое устройство, работа которого основана на технологии магнитной левитации. Именно она позволяет ему эффективно создавать живые ткани и микроорганы в условиях невесомости. При этом основное отличие новой установки от земных аналогов кроется в самой сути метода биопечати.

Если обычные биопринтеры создают ткани послойно (используя в качестве связующих веществ гидрогели), то «Орган.Авт» печатает объекты сразу со всех сторон по принципу лепки снежка. По словам его разработчиков, это один из самых передовых методов, который только начинает применяться в технике. При этом использование новой технологии в космических условиях избавит ее от значительного недостатка — необходимости использования высоких концентраций токсичных парамагнетиков (солей гадолиния), которые нужны для проведения экспериментов на Земле. В конечном итоге это заметно повысит выживаемость создаваемых клеточных структур.

Первый космический

Создателем инновационного устройства выступила лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions, основанная медицинской компанией INVITRO в 2013 году. Ее специалистами под руководством профессора Владимира Миронова летом 2014 года был создан первый отечественный биопринтер. Рабочий прототип появился осенью 2016 года, после чего начались его испытания, включавшие пробные работы в невесомости.

Для имитации космических условий в пределах земной лаборатории ученые воспользовались сверхмощной магнитной установкой университета Неймегена (Нидерланды), с помощью которой создавался эффект микрогравитации (индукция использовавшихся при эксперименте магнитов составляет огромные 19 тесла). Важно отметить, что для финансирования данного испытания компанией 3D Bioprinting Solutions был получен грант Евросоюза, и его успешный результат оправдал значительные вложения — разработчики увидели, каким образом принтер будет вести себя на МКС и произвели все необходимые настройки.

— В рамках испытаний биопринтера мы использовали три основных подхода, — рассказывает соучредитель и управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани. — Первый из них — это тестирование устройства в земных условиях с применением слабых магнитов при высоких концентрациях солей гадолиния для формирования магнитной ловушки. Затем мы снизили концентрацию этих веществ на два порядка и создали необходимую микрогравитацию с помощью супермагнитов (это наш эксперимент в Нидерландах). Третий и самый главный этап будет проводиться уже в российском сегменте МКС в условиях естественной невесомости при минимуме концентрации парамагнетиков и со слабыми магнитами.

Упаковать сфероиды

Важно отметить, что помимо создания и последующих испытаний биопринтера от его разработчиков потребовалось решить ряд побочных инженерных задач, связанных с его космическим применением. В частности, несмотря на уникальность используемых технологий биопринтинга, наибольшие трудности у ученых вызвала не адаптация процесса печати, а разработка специальной кюветы для доставки тканевых сфероидов на МКС, поскольку прежде подобные материалы в готовом виде на станцию никто не отправлял. Всего же в космос планируется направить 12 кювет с клеточными сфероидами мышей и человека.

Кроме того, нужно было научить космонавтов пользоваться новой техникой.

— Для них мы написали подробную инструкцию по использованию биопринтера, с которой они ознакомились перед основным этапом обучения. Затем наша команда приехала в Центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина, чтобы на практике продемонстрировать всю последовательность действий по эксплуатации оборудования. По окончании обучения члены экипажа успешно повторили ее сначала на муляже инкубатора, а затем внутри полноценной модели российского сегмента МКС, построенной в Королеве, — отметил Юсеф Хесуани.

Внешнюю обшивку устройства было решено изготовить из допустимого для космических полетов композитного материала ZEDEX, обладающего высокой износостойкостью. При этом для основного корпуса была выбрана классическая нержавеющая сталь. Разработчикам удалось сделать максимально компактную конструкцию, габариты которой по длине, ширине и высоте составляют 25, 15 и 19 см соответственно. Благодаря этому она будет легко помещаться в уже работающий на станции клеточный инкубатор.

На орбите

В первую очередь на МКС планируется напечатать хрящевые ткани человека и микроорган щитовидной железы мыши, способный вырабатывать гормоны. Такой выбор по типам клеточных структур был связан в первую очередь с тем, что именно их 3D Bioprinting Solutions изготавливает на Земле по традиционной технологии, параметры которой будут сравниваться с результативностью нового метода магнитной левитации.

Напечатанные конструкты щитовидной железы и хрящевой ткани планируется доставить обратно на Землю (ориентировочно в середине декабря 2018 года), где будет проведено их подробное гистологическое исследование. В частности, по его результатам ученые рассчитывают определить, насколько активно в напечатанной на МКС хрящевой ткани будет происходить синтез белка коллагена, который отвечает за прочность и эластичность. Согласно существующим прогнозам, подобные процессы в космосе должны происходить быстрее, чем на Земле, поскольку действующая там микрогравитация будет воздействовать на клетки, собирая их в определенных точках пространства. Кроме того, ожидается, что в условиях невесомости взаимодействие между клетками будут происходить не через посреднический субстрат, а напрямую, что также поспособствует ускорению функций.

По словам директора Института регенеративной медицины МГМУ им. Сеченова Петра Тимашева, выбор типов клеточных структур для печати в космосе вполне обоснован, поскольку создание целого микрооргана исключительно с помощью передового метода магнитной левитации представляет большой научный интерес, а прогресс в области восстановления функциональной хрящевой ткани может облегчить жизнь сотен тысяч пациентов с болезнями суставов.

— Однако к существующему перечню исследований я бы добавил эксперименты по печати кожи человека, так как это одна из самых перспективных технологий для возможного внедрения в практику лечения людей в условиях космоса, — добавил Петр Тимашев.

Перспективы

Важно отметить, что помимо решения текущих задач ученые уже сейчас задумываются о долгосрочных перспективах развития технологий биопечати.

— Я уверен, что космический биопринтинг станет важной ступенью развития печати органов и тканей для регенеративной медицины. Орбитальные эксперименты с участием «Орган.Авт» позволят больше узнать о воздействии радиации на формирование человеческого тела и отдельных частей организма, что должно расширить возможности для дальних космических полетов в будущем. Также не исключено, что когда-нибудь мы сможем развить нашу технику до уровня, который позволит создавать запасные части человеческого организма не только для земного использования, но и для жителей будущих колоний на Марсе и других планетах, — считает Юсеф Хесуани.

Запуск космического корабля, который доставит биопринтер на МКС, запланирован на 11 октября 2018 года.

3D-печать в космонавтике

3D-печать в космонавтике

Сейчас 3D-печать утратила ореол новизны и инновационности, превратившись в одну из технологических операций современной промышленности. Космонавтика довольно консервативная отрасль, но и здесь производится поиск применения 3D-принтеров. Печать пластиком уже выбралась в космос в качестве эксперимента, а спекание металлического порошка применяют в ракетном деле.

На крупных предприятиях космической отрасли 3D-печать пластиком нашла применение в макетировании, и изготовлении литейных форм. Селективное лазерное спекание металлического порошка пока не заслужило доверия у ракетостроителей, и по-прежнему не конкурирует с литьем, штамповкой и фрезеровкой. Технология 3D-печати металлом пока воспринимается как эксперимент, проводимый, зачастую, за государственный счет. Например в 2015 году, на средства NASA была напечатана медью камера сгорания для ракетного двигателя.

Далее проводили еще несколько экспериментов с различными сплавами и технологиями изготовления. Один из двигателей с 3D-печатной камерой сгорания испытали на стенде, но на ракеты, производимые по госконтракту, двигатели оставили без изменений.

Частные космические компании более открыты к инновациям и смелее подходят к внедрению передовых технологий в серийное производство. Новозеландская компания RocketLab освоила технологии трехмерной печати в изготовлении элементов ракетного двигателя Rutherford. Печатается один из ключевых элементов ракетного двигателя — камера сгорания и сопло с рубашкой охлаждения, где должно циркулировать ракетное топливо во время работы двигателя. Rutherford испытали сначала на стенде, затем в ходе космического запуска. Первый пуск ракеты сорвался из-за сбоя в системе связи, а второй, в январе 2018 года прошел успешно.

Правда Rutherford от RocketLab довольно легкий, имеет тягу около 2,5 т и массу около 25 кг. Девять таких двигателей требуется на первой ступени ракеты Electron, чтобы запустить груз всего 200 кг на низкую околоземную орбиту.

Несколько металлических 3D-печатных элементов используется в значительно более мощных двигателях Merlin на тяжелой ракете Falcon 9 компании SpaceX. Однако, ключевые элементы этого двигателя изготавливают по иным технологиям; фрезеровка, литье под давлением, горячая формовка и т.п.

Американский стартап Relativity Space пошел дальше всех. Его основатели предлагают производить ракету полностью напечатанную на 3D-принтере. Хотя речь идет о массовом использовании деталей, созданных по технологии селективного лазерного спекания при помощи специально разработанного 3D-принтера на базе роботов Kuka.

По заверению авторов проекта, им удалось сократить общее число деталей ракеты от 100 тыс. до 1 тыс.

В спутникостроении экспериментальные детали для космических аппаратов изготавливали по заказу Европейского космического агентства. Небольшую параболическую антенну, механизм развертывания солнечных батарей, элементы системы получения изображений, корпус малого спутника стандарта CubeSat. Трехмерная печать снижает массу элементов, уменьшает общее количество деталей, открывает новые возможности в конструировании деталей на основе топологической оптимизации, ( https://nplus1.ru/blog/2016/12/27/within ) позволяет заменять шлейфы проводов на токопроводящие нити протянутые прямо через стенки конструкции.

Хотя в космос изделия так и не запустили, полагаясь на освоенные ранее технологии. Хотя, возможно, полученные результаты найдут применение в будущих спутниковых платформах.

В отношении 3D-печати сказывается консервативность производителей космической техники, ведь мало разработать новый элемент конструкции, требуется провести его многократные испытания на Земле, затем запустить в космос и там убедиться в прямых выгодах, которые новинка даст по сравнению с аналогами прежних лет. Поэтому частным новичкам проще использовать новые технологии, т.к. их разработки и так требуют полноценного испытания.

Отдельное направление трехмерной печати, которое пока не выбралась из экспериментальной стадии — печать в космосе. Это направление рассматривается в качестве перспективной возможности воплотить мечты теоретиков космонавтики прошлого века, и начать производство в космосе. Сначала такое производство могло бы покрывать потребности в космосе, а потом и на Земле, открывая возможность выноса в космос наиболее опасных для экологии производств. Впрочем, до решения глобальных проблем с помощью 3D-принтеров пока далеко.

На борту МКС проводился эксперимент по трехмерной печати ABS-пластиком в условиях микрогравитации. Астронавты смогли успешно напечатать храповой ключ, из файла, переданного с Земли, подтвердив принципиальную возможность создавать новые изделия на орбите.

Компания, оснастившая МКС 3D-принтером — Made In Space — надеется развивать технологию и создавать принтеры способные прямо в вакууме создавать элементы конструкции космических аппаратов и орбитальных станций.

Частная компания Deep Space Industries в 2013 году взялась за разработку 3D-принтера, который сможет печатать металлом в невесомости. Компания ставит своей целью добычу полезных ископаемых на астероидах, поэтому в качестве сырья предполагается использовать основной материал металлических астероидов — железо-никелевый сплав. Однако на сегодня все упоминания об этой разработке с сайта DSI удалены. ( https://deepspaceindustries.com/tag/3d-printing/ )

Другая компания, которая нацелилась на астероиды — Planetary Resources — также видит будущее в применении космических ресурсов в орбитальном производстве. В качестве эксперимента, компания напечатала в земной лаборатории небольшую конструкцию, применив в качестве материала измельченный в порошок металлический метеорит. (Фото в заголовке).

Российская компания “Анизопринт” ( https://vk.com/anisoprint ) разрабатывает технологию 3D-печати из композитов и рассматривает, в качестве возможного применения, печать композитных элементов космических аппаратов на орбите.

Другой российский стартап 3D Bioprinting Solutions ( https://vk.com/bioprinting ) планирует провести эксперимент на российском сегменте МКС, с биофабрикацией тканей организма. Предполагается, что условия микрогравитации позволят формировать устойчивые трехмерные структуры и полноценные ткани и даже органы, созданию которых на Земле препятствует гравитация. Оборудование для проведения эксперимента уже отправлено на МКС.

На Земле 3D-принтеры уже справляются не только с небольшими изделиями, но и с целыми домами. Подобный опыт предлагается применить и в создании внеземных поселений или научных баз. В США, России и других странах ведутся разработки и проводятся эксперименты в этом направлении.

Европейская фирма Foster and Partners по заказу ESA провела дизайнерскую работу по проектированию лунной базы, напечатанной из реголита. В качестве подтверждения предлагаемой технологии компания заказала печать одного блока из вулканического базальта при помощи строительного принтера D-Shape.

В Самарском государственном технологическом университете занимаются разработкой лунного посадочного аппарата, который мог бы заниматься спеканием из реголита строительных блоков. В качестве источника энергии предполагается использовать солнечный свет, который концентрируется развернутыми отражателями.

3D принтеры в космической отрасли

В своем рассказе «Необходимая вещь», написанном в 1955 году, Роберт Шексли описал конфигуратор, который двое космонавтов взяли с собой в межзвездную экспедицию для того, чтобы печатать на нем все, что им может понадобиться в космосе – от запчастей для корабля до яблочного штруделя на десерт. Прошло чуть более полувека, и реальность хоть и не переплюнула воображение писателя, но вплотную к нему приблизилась. НАСА ведет разработку 3д принтера для печати запчастей прямо на МКС. Действительно, развитие 3д принтеров в ближайшем будущем может существенно повлиять на космическую отрасль в целом и на перспективы развития отдельных конструкторских бюро в частности.

3д-принтер – это устройство, использующее метод послойного создания физического (твердотельного) объекта по цифровой 3д-модели. 3д-печать может осуществляться с использованием различных материалов: пластик, металл, стволовые клетки и даже пищевые компоненты. Технологий 3д-печати на сегодняшний день также очень много, и постоянно появляются новые. Существуют две основные технологии формирования слоёв: лазерная и струйная. Наиболее часто используемые – лазерная стерлитография и селективное лазерное спекание.

Рассмотрим существующие и потенциальные возможности использования 3д принтеров в космонавтике и космической промышленности.

3д принтеры в космосе

3д печать может найти применение в космосе в следующих перспективных направлениях:

1. 3д принтеры для создания запчастей и инструмента на борту корабля.

Американское космическое агентство NASA и компания Made in Space осенью 2014 года собираются отправить на МКС первый 3D принтер для производства различных деталей: запчастей, инструментов и научного оборудования.
Принтер будет изготавливать модели послойно из полимеров и иных материалов. 3д-модели для создания объектов помещены в память устройства либо будут передаваться с Земли в случае необходимости.

С новой технологией связывают грандиозные перспективы в оптимизации работы на орбите: от самого простого – трехмерной печати каких-то сломавшихся деталей, до самостоятельного создания роботов, навигационных систем, скафандров и исследовательского оборудования.

2. 3д принтеры для создания в космосе крупногабаритных конструкций.

NASA в рамках программы NIAC в 2013 году выделило компании Tethers Unlimited,Inc. (TUI) 500 тыс. долл. на дальнейшее развитие технологии автоматизированной сборки в космосе SpiderFab.

В основе технологии лежит трасселятор (Trusselator) – устройство, представляющее собой своеобразную помесь 3D-принтера и вязальной машины. Устройство в настоящее время успешно проходит испытания в лаборатории.

На одной стороне цилиндрического корпуса расположена катушка с нитью (в качестве сырья устройство использует пластик, например углеволокно), а на другом находится экструдер, через который выдавливаются три основные трубы будущей фермы или другой конструкции. Ферма усиливается путем обмотки нитью, в итоге робот длиной около метра может создать ферму длиной в десятки метров.

Робот-трасселятор с помощью манипулятора и специального сварочного аппарата сможет соединять исходные фермы в большие сложные конструкции и покрывать их солнечными панелями, светоотражающей пленкой и выполнять другие операции, в зависимости от целей миссии. Тип трасселятора может быть разным, например он может производить круглые или квадратные трубы различного диаметра и толщины.

Трасселятор может строить крупногабаритные конструкции, например километровые рамы для массива солнечных панелей.

Трасселятор размером с наноспутник может изготовить ферму длиной 10 и более метров.

Роботы SpiderFab оснащены экструдером, выдавливающим готовую пластиковую трубу барабанами-контейнерами большой ёмкости с сырьем, и манипуляторами для сборки конструкции

Технология позволяет изготавливать в космосе очень большие, длинной в несколько километров, каркасы космических кораблей, фермы антенн, базовые структуры солнечных электростанций, огромных телескопов и т.д.

В настоящее время конструкции, которые отправляются в космос, имеют огромный избыточный запас прочности для того, чтобы выдержать перегрузки при старте. Обычно в космосе такие сверхпрочные конструкции не нужны, зато нужен очень большой размер, например для телескопов-интерферометров. Аппараты SpiderFab позволят строить именно такие конструкции: легкие, крупногабаритные и с низкой стоимостью жизненного цикла.

Все необходимые части орбитального производственного комплекса SpiderFab можно вывести в космос с помощью существующих ракет-носителей. Фактически, даже при нынешних технологиях SpiderFab позволяет реализовать прорывные проекты, вроде строительства космических станций за орбитой Луны или солнечных электростанций мощностью в сотни мегаватт. При этом стоимость конструкций, произведенных с помощью SpiderFab, будет относительно небольшой. Одним из примеров использования SpiderFab может быть строительство космического радиотелескопа стоимостью $200 млн. с диаметром антенны более 100 м. О таком инструменте астрономам сегодня приходится только мечтать, но технология SpiderFab может сделать эту мечту реальностью уже в ближайшие десятилетия.

3. 3д-принтеры для строительства объектов на других планетах, например на Луне, в том числе из подручного материала.

В 2011 году NASA опубликовало свой проект строительства лунной базы с участием большого количества роботов (экскаваторы, бульдозеры, измельчители и т.д.).1
Сейчас Европейское космическое агентство предложило альтернативный проект 3д-печати лунной базы, используя в качестве строительного материала местный грунт.

Для печати используется принтер D-Shape от британской компании Monolite. На Луне принтер сможет использовать в качестве материала местный грунт, реголит.

Реголит — рыхлый, разнозернистый обломочно-пылевой слой глубиной несколько метров, состоящий из обломков изверженных пород, минералов, стекла, метеоритов, и хорошо подходит для строительства.
На фотографии — полуторатонный строительный блок, сделанный принтером D-Shape в качестве демонстрации. Для печати использовался материал, на 99,8% аналогичный реголиту, полученный из базальтовых пород одного из вулканов в центральной Италии.

Печатающая головка 3D-принтера ходит по шестиметровой рамке. Робот печатает со скоростью 2 кубометра в час, окончательная версия будет печатать 3,5 кубометра в час. Строительство одного небольшого здания займёт около недели.

На картинке ниже можно рассмотреть в подробности макет проекта Европейского космического агентства. База состоит из четырёх жилых модулей, из них центральный и верхний левый модули уже закончены, а ещё два находятся в последней стадии строительства. Жилые модули соединены тоннелями, на каждом из них есть по четыре люка-иллюминатора. Примерный размер базы можно оценить в сравнении с астронавтом, который стоит рядом с центральным модулем.

Сейчас 3д принтеры пытаются применить в строительстве на Земле. Китайская компания WinSun сообщила о том, что ее новый 3D-принтер позволит создавать доступное и недорогое жилье в невероятно сжатые сроки – за 24 часа компания может отпечатать 10 домов площадью в 200 квадратных метров каждый. Себестоимость одного напечатанного здания около 5 тыс. долл.

4. Пищевые 3д принтеры

В 2013 году NASA объявило о финансировании разработки первого в мире 3D принтера, который будет создавать еду1. Такое устройство поможет космонавтам при длительных полетах в космос.

Новый принтер может готовить еду из ингредиентов, которые хранятся в порошковой форме в специальных картриджах. Смешав содержимое разных картриджей, добавив воду или масло, можно получить различные блюда.
3-D принтер распыляет ингредиенты слой за слоем, создавая твердую трехмерную пищу.

Первое, что получат с помощью 3D принтера, станет пицца. Сначала распечатают тесто, затем томатную основу, а после этого протеиновый слой. При этом источником протеинового слоя может стать все, что угодно, включая животных, молоко и растения. Альтернативными ингредиентами могут быть насекомые и водоросли.

Срок годности одного пищевого картриджа составляет около 30 лет, что достаточно, например, для полета на Марс.

5. Биопринтеры

Возможно, благодаря разработкам биологов уже в ближайшем будущем астронавтам не придется везти с собой в космос большие объемы биоматериалов: дерево, кости, шелк и даже донорские органы — все это можно будет напечатать из небольшого количества клеток на 3д-принтере.

Исследователи из Стенфордского Университета разрабатывают технологии 3д-печати, которые позволят астронавтам получать биоматериалы вроде зубной эмали или дерева прямо в космических лабораториях.2 В 2013 году НАСА выделило на эти исследования грант в 100 тыс. долл.

Технология предполагает внедрение кластеров клеток в специальный гель, который затем выдавливается из пьезоэлектрической печатающей головки, выстраивая матрицу для экстракции желаемого материала.

В данный момент ученые настраивают оборудование и создают базу данных для всех существующих в природе типов клеток. Никто не будет брать корову, овцу, шелкопряда или дерево на Марс. Однако качественная ткань или древесина может понадобиться. Поэтому вместо того, чтобы использовать целый организм, — в том числе и на Земле, можно напечатать ряд клеток, из которых затем произвести нужный продукт.

В последние годы разработки в области 3D-биопечати активно ведутся по всему миру. Биопринтеры искусственным способом создают живую ткань, накладывая живые клетки слой за слоем. В настоящее время все биопринтеры являются экспериментальными, тем не менее, в будущем они смогут произвести революцию в медицине.

Биопринтеры могут иметь разные конфигурации, но принцип работы один: они выводят клетки из печатающей головки, которая движется влево-вправо, вперед-назад, вверх- вниз, чтобы поместить клетки куда требуется. Таким образом, за несколько часов можно получить органический объект, который состоит из огромного количества очень тонких слоев.
В дополнение к выводу клеток, большинство биопринтеров также выводят растворимый гель для поддержки и защиты клеток во время печати.

В декабре 2010 года компания Organovo создала при помощи биопринтера первые кровеносные сосуды с использованием клеток, полученных от одного донора. Компания также успешно имплантировала нервы, созданные при помощи биопринтера, крысам, а эксперименты по пересадке созданных таким методом тканей человеку запланированы на 2015 год. Тем не менее, ожидается, что первое коммерческое применение биопринтеров будет заключаться в производстве простых человеческих структурных тканей для токсикологических испытаний. Это позволит ученым тестировать лекарства на моделях печени и других органах, созданных на биопринтере, тем самым снижая потребность в экспериментах на животных.

Со временем, как только испытания на человеке будут завершены, Organovo надеется, что биопринтеры будут использовать для получения трансплантатов кровеносных сосудов и применяться в операциях по шунтированию сердца. Намерения компании включают масштабную разработку технологий создания тканей и органов “на заказ”. Ожидается, что первым искусственно созданным человеческим органом станет почка, так как при трансплантации эти органы наиболее востребованы.

Научный прогресс со временем позволит получать в лабораториях органы с помощью биопринтеров из собственных клеток пациента, что может привести к революции в медицине. Будут разработаны методы, позволяющие распечатать новую ткань или орган непосредственно на теле. В следующем десятилетии врачи получат возможность просканировать раны и нанести слои клеток для их быстрого заживления.

В настоящее время команда исследователей биопечати под руководством Энтони Алата (Anthony Alata) в Wake Forrest School of Medicine разработала принтер, создающий кожу. В начальных экспериментах они взяли 3D-сканы тестовых травм, нанесенных мышам, и использовали эти данные для управления головкой биопринтера, которая распыляет клетки кожи, коагулянты и коллаген на рану. Результаты этого эксперимента оказались также весьма многообещающими: заживление ран проходило всего за две – три недели (примерно пять-шесть недель – в контрольной группе).

Частичное финансирование проекта создания кожи с помощью биопринтера осуществляется американскими военными, которые добиваются развития биопечати in situ, чтобы лечить раны прямо в боевых условиях. В настоящее время работа все еще находится в фазе доклинических испытаний. Алата развивает технологии, экспериментируя на свиньях. Тем не менее, испытания на людях, пострадавших от ожогов, могут быть осуществлены в течение ближайших пяти лет.

Подобные биопринтеры на борту космического корабля помогут увеличить срок пребывания космонавтов в космосе и решить ряд медицинских проблем.

3д принтеры в космической промышленности

Не только в космосе, но и на земле 3д принтеры способны повысить эффективность работы космической отрасли.
Центр космических полётов им. Годдарда (США) во время испытаний звуковой ракеты уже отправил в полёт отсек аккумуляторной батареи, напечатанный на 3D-принтере, а Центр космических полётов им. Маршалла оснастил двигатели для ракет RS-25 и J-2X напечатанными на 3D-принтере компонентами.

В целом 3д-принтеры применяются в производстве:
– для быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки или эксперимента;
– для быстрого производства — изготовление деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами, в том числе из металла. Это позволяет наладить производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Пример – беспилотный самолёт компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
для изготовления выжигаемых моделей и форм для литейного производства.

3д-принтеры уже позволяют экономить на стоимости и времени производства. Скоро эта экономия станет весьма ощутимой.

Денис Сесицкий, ведущий инженер ФГУП «КБ «Арсенал»

Доклад на конференции «Инновационный арсенал молодежи» 2014

Источники:
http://www.computerra.ru/241660/gigantskie-3d-printery-upravlyaemye-ii-pechatayut-kosmicheskie-rakety/
http://www.3dpulse.ru/news/kosmos/3d-pechat-i-kosmos-samoe-vazhnoe/
http://hi-news.ru/space/rossijskij-3d-bioprinter-napechatal-v-kosmose-12-organov.html
http://www.popmech.ru/technologies/411382-samye-bolshie-obekty-chelovechestvo-postroit-v-kosmose-budushchee-stalo-realnostyu/
http://iz.ru/796519/bulanov-aleksandr/kosmicheskii-printer-pribor-dlia-pechati-organov-otpraviat-na-mks
http://pikabu.ru/story/3dpechat_v_kosmonavtike_6209049
http://glavconstructor.ru/articles/new-technologies/3d-printer/
http://ecotechnica.com.ua/transport/4177-vodorodnoe-letayushchee-taksi-alaka-i-skai-poluchalo-rekordnuyu-dalnost-poleta-v-600-km.html

Ссылка на основную публикацию