Bộ phận chế tạo kim loại tùy chỉnh

Vào tháng 8 năm 2024, một thành tựu đột phá trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) đã cách mạng hóa lĩnh vực sản xuất kim loại—sử dụng thành công công nghệ in 3D để bộ phận kim loại tấm chế tạo trong không gian lần đầu tiên. Chiến công này không chỉ đánh dấu bước nhảy vọt đáng kể trong sản xuất không gian mà còn mở ra những con đường mới cho các sứ mệnh khám phá không gian cũng như sản xuất và bảo trì quỹ đạo trong tương lai. Được dẫn dắt bởi Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), sứ mệnh tiên phong này đã chứng minh tính khả thi của việc in các bộ phận kim loại trong môi trường vi trọng lực. Máy in 3D kim loại do Airbus và các đối tác phát triển với sự tài trợ của ESA, đã đến ISS vào tháng 1 năm 2024, với mục tiêu cốt lõi là khám phá khả năng in các bộ phận kim loại trong một môi trường độc đáo như vậy. Các sứ mệnh thám hiểm không gian truyền thống yêu cầu tất cả các bộ phận phải được sản xuất trên Trái đất và vận chuyển lên quỹ đạo, một quá trình tốn kém và phức tạp về mặt hậu cần. Việc ứng dụng công nghệ in 3D kim loại cho phép các phi hành gia có khả năng chế tạo các công cụ, bộ phận và thậm chí là các bộ phận thay thế trực tiếp trên quỹ đạo, tiết kiệm thời gian, giảm chi phí và nâng cao khả năng tự túc của các sứ mệnh không gian, đặc biệt là các sứ mệnh dài hạn. Do ảnh hưởng của vi trọng lực, việc sản xuất trong không gian phức tạp hơn nhiều so với sản xuất trên Trái đất. Các phương pháp sản xuất truyền thống dựa vào trọng lực để định vị vật liệu và hướng dẫn dòng quy trình, đồng thời trong môi trường vi trọng lực, hoạt động của các quy trình như lắng đọng kim loại nóng chảy là không thể đoán trước được. Các kỹ sư phải phát triển các chiến lược và công nghệ mới để điều chỉnh quy trình in 3D phù hợp với những điều kiện đầy thách thức này. ISS đã cung cấp một nền tảng thử nghiệm độc đáo cho những thách thức này và phát triển các giải pháp khả thi. Sau khi máy in đến ISS, phi hành gia Andreas Mogensen đóng vai trò then chốt trong việc lắp đặt máy. An toàn là ưu tiên hàng đầu của dự án, với máy in được niêm phong để ngăn chặn bất kỳ khí hoặc hạt độc hại nào thoát ra bầu khí quyển ISS. Quá trình này cũng bao gồm việc kiểm soát cẩn thận môi trường bên trong của máy in để giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành. Quá trình in 3D thực tế bắt đầu bằng việc lắng đọng thép không gỉ. Không giống như máy in 3D để bàn truyền thống sử dụng sợi nhựa, máy in này sử dụng dây thép không gỉ được nấu chảy bằng tia laser công suất cao, làm nóng dây kim loại đến hơn 1200°C và đặt từng lớp lên một nền tảng chuyển động. Đến giữa tháng 7 năm 2024, nhóm đã in thành công 55 lớp, đánh dấu việc hoàn thành một nửa mẫu đầu tiên. Thành tựu này báo trước sự khởi đầu của cái gọi là "giai đoạn hành trình", nơi nhóm có thể đẩy nhanh quá trình in ấn. Những tối ưu hóa này đã giúp hoạt động của máy in hiệu quả hơn, tăng thời gian in hàng ngày từ 3,5 giờ lên 4,5 giờ. Việc ứng dụng thành công công nghệ in 3D kim loại không chỉ mang lại sự linh hoạt và tự chủ cao hơn cho các sứ mệnh không gian mà còn có tác động sâu sắc đến lĩnh vực gia công kim loại và sản xuất. Công nghệ này có thể được sử dụng để sản xuất mọi thứ, từ phụ tùng thay thế đến các công trình lớn trong không gian, hỗ trợ việc thăm dò và xâm chiếm lâu dài các hành tinh khác. Khi công nghệ tiếp tục tiến bộ và cải tiến, chúng ta có thể mong đợi nhiều đổi mới và đột phá hơn trong lĩnh vực sản xuất không gian thông qua in 3D kim loại.