Разработка и испытания 3D-принтера для космического эксперимента "3D-печать" на Российском сегменте Международной космической станции
Автор: Фдоров В.В., Клименов В.А., Чернявский А.Г., Пожарницкий А.А., Абдулхаликов Р.М., Лямзин А.В., Криницын М.Г., Беликов Р.К., Дерусова Д.А., Юркина В.А., Дерюшева В.Н.
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Проектирование, конструкция, производство, испытания и эксплуатация летательных аппаратов
Статья в выпуске: 2 (41), 2023 года.
Бесплатный доступ
Применение аддитивных технологий в условиях космоса является одним из активно развивающихся направлений, решающих широкий круг задач по изготовлению различных конструкций и изделий в условиях микрогравитации. В частности, технологии 3D-печати необходимы для создания изделий с уникальными свойствами в условиях космических станций и длительных космических полётов, включая инструменты и вспомогательные элементы для жизнедеятельности человека. В настоящем исследовании показаны результаты тестирования 3D-принтера, предназначенного для печати изделий с использованием полимерных термопластичных материалов, адаптированного и изготовленного для космического эксперимента на Российском сегменте Международной космической станции (МКС). Проведён комплекс испытаний с целью определения надёжности и работоспособности 3D-принтера в специфических условиях эксплуатации, а также его соответствия требованиям, предъявляемым к устройствам, доставляемым на МКС. Особое внимание в работе уделено проведению вибропрочностных испытаний разрабатываемого устройства. С использованием специализированного электродинамического вибро-стенда был проведён анализ резонансных частот изделия до и после воздействия синусоидальной вибрацией, в результате чего установлена целостность и жёсткость испытуемой конструкции, а также приведены рекомендации по усилению жёсткости и увеличению демпфирования устройства в проблемных узлах. В качестве альтернативного метода контроля было проведено лазерное вибросканирование подвижных частей и корпуса 3D-принтера. Полученные данные сканирующей лазерной доплеровской виброметрии были сопоставлены с результатами виброиспытаний 3D-принтера на электродинамическом вибростенде. Показано преимущество бесконтактного метода измерения вибраций по сравнению с традиционным методом вибродиагностики благодаря высокой точности измерений, возможности тестирования труднодоступных участков устройств, а также отсутствия влияния присоединённой массы на измеряемые вибрационные характеристики.
Аддитивные технологии в космосе, космический эксперимент, 3d-принтер, приёмо-сдаточные испытания, стендовые испытания на вибропрочность, сканирующая лазерная доплеровская виброметрия
Короткий адрес: https://sciup.org/143180647
IDR: 143180647
Список литературы Разработка и испытания 3D-принтера для космического эксперимента "3D-печать" на Российском сегменте Международной космической станции
- Зленко М.А., Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении. М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. 220 с.
- 3-О-печать и космос: самое важное // 3Dpulse: сайт. Режим доступа: https://www.3dpulse.ru/news/kosmos/3d-pechat-i-kosmos-samoe-vazhnoe/ (дата обращения: 09.04.2023).
- Blachowicz T., Pajqk K., Recha P., Ehrmann A. 3D printing for microsatellites -material requirements and recent developments // AIMS Materials Science. 2020. № 6. V. 7. P. 926-938. URL: https://www.aimspress.com/article/ doi/10.3934/matersci.2020.6.926 (accessed 09.04.2023).
- Семёнова Л.А., Голубкина М.Г., Семёнова А.П. Организационные и экономические проблемы частных компаний на рынке доставки грузов в космос // Сборник Международной конференции «Решетнёвские чтения». 2013. Т. 2. С. 369-371.
- Werkheiser M.J., Dunn J., Snyder M.P., Edmunson J., Cooper K., Johnston M.M. 3D printing in Zero-G ISS technology demonstration // AIAA Space 2014 Conference and Exposition. 2014. P. 4470. URL: http://dx.doi.org/10.2514/62014-4470 (accessed 09.04.2023).
- Snyder M., Dunn J., González E. The effects of microgravity on extrusion based additive manufacturing // AIAA Space 2013 Conference and Exposition. 2013. P. 5439. URL: http://doi.org/10.2514/6. 2013-5439 (accessed 09.04.2023).
- Lee J.-Y., An J., Chua K.Ch. Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials // Applied Materials Today. 2017. V. 7. P. 120-133. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.apmt.2017. 02.004 (accessed 09.04.2023).
- Li W., Lan D., Wang Y. Exploration of direct-ink-write 3D printing in space: droplet dynamics and patterns formation in microgravity // Microgravity Science and Technology. 2020. № 5. V. 32. P. 935-940. URL: https://doi.org/10.2514/ 6.2013-5439 (accessed 09.04.2023).
- Cowley A., Perrin J., Meurisse A., Micallef A., Fateri M., Rinaldo L., Bamsey N, Sperl M. Effects of variable gravity conditions on additive manufacture by fused filament fabrication using polylactic acid thermoplastic filament // Additive Manufacturing. 2019. V. 28. P. 814-820. URL: https://doi.org/10.1016/ J.ADDMA.2019.06.018 (accessed 09.04.2023).
- Fateri M., Kaouk A., Cowley A., Siarov S, Palou M.V., González F.G., Marchant R., Cristoforetti S, Sperl M. Feasibility study on additive manufacturing of recyclable objects for space applications // Additive Manufacturing. 2018. V. 24. P. 400-404. URL: http://dx. doi.org/10.1016/j.addma.2018.09.020 (accessed 09.04.2023).
- Prozhega M.V., Reschikov E.O., Shirshov A.D., Yakovenko N.G. Frictional properties of 3D printing polymers in vacuum // Journal of Friction and Wear. 2020. № 41. P. 565-570. URL: https://doi. org/10.3103/S1068366620060173 (accessed 09.04.2023).
- Sacco E., Moon S.K. Additive manufacturing for space: status and promises // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. № 105. P. 1-24. URL: https://doi.org/ 10.1007/S00170-019-03786-Z (accessed 09.04.2023).
- Zuniga J., Thompson M. Applications of antimicrobial 3D printing materials in space // Journal of 3D Printing Medicine. 2019. V. 3(1). P. 5-9. URL: https://doi.org/10.2217/3dp-2019-0001 (accessed 09.04.2023).
- Wong J.Y., Pfahnl A.C. 3D printing of surgical instruments for long-duration space missions // Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2014. V. 7. Issue 85. P. 758- 763. URL: http://dx.doi.org/10.3357/ ASEM.3898.2014 (accessed 09.04.2023).
- Wong J.Y. 3D printing applications for space missions // Aerospace Medicine and Human Performance. 2016. V. 87. Issue 6. P. 580-582. URL: http://dx.doi. org/10.3357/AMHP.4633.2016 (accessed 09.04.2023).
- Efstathiadis A. Design optimization of a needle holder for in-space 3D printing: PhD Thesis. 2018.
- Китайские учёные разработали первый в стране космический 3Л-принтер: новость от 20.04.2016 // Жэньминь Жибао: информ.-справочный портал. Режим доступа: http://russian.people.com. cn/n3/2016/0420/c31517-9047277-5.html (дата обращения 09.04.2023).
- Зелёный Л.М., Климов С.И., Ангаров В.Н., Родин В.Г., Назаров В.Н., Суханов А.А., Батанов О.В., Готлиб В.М., Калюжный А.В., Каредин В.Н., Козлов В.М., Козлов И.В., Эйсмонт Н.А., Ледков А.А., Новиков Д.И., Корепанов В.Е., Боднар Л., Сегеди П., Ференц Ч., Папков А.П., Лизунов А.А. Космический эксперимент «Микроспутник» на Российском сегменте Международной космической станции / / Космическая техника и технологии. 2015. № 3(10). С. 26-37. EDN: UMPXIL
- Воронцов Н. Космическая орга-навтика: как устроен и чем печатает российский магнитный биопринтер: публикация от 16.08.2018 // N+1: ин-форм.-справочный портал. Режим доступа: https://nplus1.ru/material/2018/08/16/ 3dbioprinting (дата обращения 09.04.2023).
- Коротич С. Напечатанный в Томске на 3Л-принтере спутник запустят с МКС в августе: Новость от 24.07.2017 // Континент Сибирь Online: информ.-справочный портал. Режим доступа: https:// ksonline.ru/285208/napechatannyj-na -3d-printere-sputnik/ (дата обращения 09.04.2023).
- Ларионов В. Распечатанный на 3Л-принтере спутник поздравил томский вуз со 120-летием: новость от 11.05.2016 // Hi-News.ru: информ.-справочный портал. Режим доступа: https:// hi-news.ru/eto-interesno/raspechatannyj-na-3d -printere- sputnik -pozdravil-tomskij -vuz-so-120-letiem.html (дата обращения 09.04.2023).
- Российские космонавты напечатали первую рабочую деталь на 3Л-прин-тере на МКС: новость от 25.01.2023 // Известия: информ.-справочный портал. Режим доступа: https://iz.ru/1459520/ 2023-01 -25/rossiiskie -kosmonavty-napechatali-pervuiu-rabochuiu-detal-na-3d-printere-na-mks (дата обращения 26.04.2023).
- Зайцев М.А., Остапенко Д.В., Швецова Д.С., Королёва Т.А., Журавлёв В.Ю. Особенности проверки изделий ракетно-космической техники на вибропрочность // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. № 14. С. 189-191. ЕБЫ: Ш1Р22
- Софинский А.Н. Система отработки вибропрочности: опыт применения и перспективы развития // Космическая техника и технологии. 2016. № 1(12). С. 12-21. ЕБЫ: ШХЦЬ
- ГОСТ 20.57.406-81. Комплексная система контроля качества. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний (с Изменениями № 1-10). М.: ИПК Издательство стандартов, 200Э. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/ document/1200016473 (дата обращения 09.04.202Э).
- Дерусова Д.А., Вавилов В.П., Дружинин Н.В., Казакова О.И., Нехо-рошев В.О., Фёдоров В.В., Тарасов С.Ю., Шпильной В.Ю., Колубаев Е.А. Нераз-рушающий контроль корпуса СиЪБМ спутника с использованием лазерной виброметрии // Дефектоскопия. 2019. № 5. С. 57-64. ЕБЫ: WMHMTJ Статья поступила в редакцию 19.01.2023 г. Окончательный вариант — 10.04.2023 г.
