Como é feita a impressão 3D no espaço?

Este artigo afirma que a impressão 3D foi realizada no espaço sideral, na Estação Espacial Internacional.

Estou curioso para saber como isso funciona de maneira diferente da impressão 3D na Terra. É necessário tomar alguma medida extra para garantir que o filamento seja extrudado corretamente na cama de impressão ou durante outras etapas?

Muito provavelmente, as impressoras 3D usadas no ISS não incorporam alguma diferença fundamental que lhes permite imprimir em gravidade zero.

Algumas pessoas no 3Dprint.com levantaram uma pergunta muito parecida e descobriram que, ao virar a impressora 3D de cabeça para baixo e de lado:

realmente não há muita diferença. É muito interessante ver como a orientação tem pouco efeito na qualidade.

Um dos primeiros modelos de impressoras 3D - a impressora Bukito - demonstrou que a impressora era tão portátil que até podia imprimir em movimento e de cabeça para baixo .

Em outras palavras, algumas impressoras 3D de consumo já imprimem de cabeça para baixo e provavelmente também imprimiam em gravidade zero!

(De qualquer forma, essa é a história curta. Dê uma olhada no post de Ryan, que fornece uma ótima descrição das partes mais complexas da impressão espacial!)

Para responder à sua pergunta, você deve considerar como o filamento derretido adere à base de impressão e a outras camadas e se a gravidade afeta a aderência. A resposta é que a gravidade não tem nenhum efeito real sobre a aderência ao filamento. Em vez disso, os plásticos aderem à superfície da cama de impressão e as camadas subsequentes se fundem à camada anterior. A gravidade também não afeta a maneira como o filamento é alimentado ou como os cintos e as engrenagens se movem. Certos suportes de rolo de filamento podem não ser capazes de ser utilizados se não prenderem o rolo e a impressora também precisará ser presa. Mas, talvez surpreendentemente, não há realmente nada que precise ser feito de maneira diferente para fazer uma impressora funcionar no espaço.

A primeira grande questão específica de espaço é realmente a qualidade do ar. Você não pode simplesmente abrir uma janela para exalar o cheiro de ABS fundido da ISS!

As impressoras FFF emitem vapores e nanopartículas. Em uma estação espacial, o mesmo ar é reciclado repetidamente, e os sistemas de purificação de ar têm um conjunto específico de contaminantes para os quais são otimizados, bem como uma capacidade de design para taxas de rotatividade e remoção de produtos químicos que não serão ajustadas só porque alguém está imprimindo uma catraca espacial hoje. Proteger a qualidade do ar da cabine é um grande fator de design para qualquer experimento que vá para o espaço.

Os experimentos de impressão Made in Space na ISS até o momento foram realizados em uma das câmaras de experimento a vácuo, para que quaisquer vapores não filtrados (ou explosões de incêndio) pudessem ser ventilados diretamente para o espaço, se necessário. A longo prazo, isso não vai funcionar - outros experimentos podem precisar da câmara de vácuo ou as impressoras de "produção" podem ser grandes demais para caber. Portanto, a impressora precisa ter seu próprio sistema interno de purificação de ar.

Outra restrição de design MAJOR é a sobrevivência do lançamento. As cargas úteis de foguetes devem ser projetadas para forças g extremas sem 1) dano ou 2) mudança interna significativa de massa que afetaria o centro de gravidade da carga útil.

O peso total da carga útil também é bastante importante aqui: elevar a massa para uma órbita baixa da Terra é caro.

Surpreendentemente, o próprio ambiente de microgravidade não é grande coisa. O plástico fundido é altamente viscoso e praticamente permanece onde você o coloca por tempo suficiente para solidificar, desde que esteja aderindo a alguma coisa. Mas dois impactos vêm à mente.

• Primeiro, um carretel de filamento não seguro tentará se desenrolar. A gravidade não fornecerá o atrito de contato em que geralmente confiamos para impedir que os carretéis evitem o ninho de pássaros. (Pense bem: um carretel enrolado é literalmente uma mola helicoidal gigante.)
• Segundo, os fluxos de calor são diferentes em microgravidade - você não pode confiar na convecção passiva para resfriar a impressão ou os motores. É necessário fazer acomodações para fluxo de ar forçado suficiente e dissipação de calor em qualquer coisa que exija refrigeração. E isso inclui o próprio gabinete, já que, como mencionado acima, a câmara de impressão deve ser selada firmemente para controle da qualidade do ar.

Finalmente, a confiabilidade é crítica. A Amazon ainda não entrega na ISS. Mesmo um único parafuso descarnado pode deixar a impressora fora de serviço por meses até que uma peça de reposição possa ser ajustada em um próximo lançamento de suprimento. Ter a impressora pegando fogo porque algo em curto seria catastrófico.

Então, realmente, trata-se de tornar uma impressora robusta o suficiente para chegar lá, operar com segurança e nunca quebrar. Imprimir de cabeça para baixo é trivial em comparação.