Kosmiczne badania Politechniki Wrocławskiej. Uczelnia pracuje nad wykorzystaniem druku 3D w stanie nieważkości

Projekt „Lamda-g” jest realizowany pod egidą Europejskiej Agencji Kosmicznej. W składzie międzynarodowego konsorcjum znaleźli się m.in. naukowcy z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej, pod kierownictwem dr. inż. Pawła Widomskiego.

Zespół rozwija technologię druku 3D z metalu w stanie nieważkości. To przełomowe rozwiązanie umożliwiłoby produkcję elementów do wykorzystania na stacji kosmicznej, bez konieczności transportowania ich z Ziemi. Obecnie części zamienne na orbitę każdorazowo transportowane są rakietą, co wiąże się z ogromnymi kosztami. Drukarka 3D pracująca bezpośrednio w kosmosie znacznie obniżyłaby koszty tego typu operacji i usprawniła prace astronautów.

Zobacz całą galerię
3 zdjęcia

Do tej pory w tego typu warunkach testowane były już maszyny do druku 3D z tworzyw sztucznych. Projekt realizowany z udziałem badaczy Wydziału Mechanicznego zakłada jednak stworzenie drukarki, która mogłaby wytwarzać i obrabiać elementy z metali. Ogromnym wyzwaniem jest ujarzmienie ciekłego metalu w stanie nieważkości.

– Fizyka całego procesu w stanie nieważkości różni się znacząco od tej ziemskiej. Bez grawitacji zmienia się sposób osadzania, ponieważ kropla może nam „uciekać”, o ile nie będzie wystarczającej lepkości. Inaczej przebiegać będzie chłodzenie materiału i jego krystalizacja, co może prowadzić do powstawania naprężeń, pęknięć lub błędów w strukturze metalu – tłumaczy dr Widomski. – Musimy więc przewidzieć, jak zachowa się ciekły metal, by uniknąć sytuacji, w której energia będzie zbyt niska, by stopić drut, lub zbyt wysoka, co prowadzi do jego rozpływania i zniekształcenia wyrobu. Dlatego konieczne są kilkuetapowe testy – od symulacji laboratoryjnych, przez sprawdzanie niezawodności systemów, aż po loty paraboliczne – wyjaśnia.

Innym wyzwaniem są rozmiary urządzenia. Drukarka, jeśli ma zostać wysłana w kosmos, musi mieć kompaktowe rozmiary. Projekt zakłada, że urządzenie nie będzie większe niż standardowa kuchenka mikrofalowa.

– Na stacjach kosmicznych, takich jak ISS, są również ograniczone możliwości korzystania z energii elektrycznej. To dlatego całe urządzenie musi pracować przy mocy około 1 kilowata, co można porównać do zużycia prądu przez niewielki czajnik elektryczny. W tym limicie musi się zmieścić praca lasera topiącego metal, systemy chłodzenia, komputery sterujące oraz mechanizmy pozycjonujące – podkreśla dr Widomski.

Projekt „Lamda-g” jest realizowany przez kilka europejskich uczelni wyższych. Liderem konsorcjum jest Uniwersytet w Manchesterze, a partnerami – obok Politechniki Wrocławskiej – są uczelnie z Cranfield i Dublina oraz Instytut Fizyki Materiałów w Kosmosie w Kolonii. Prace mają potrwać do 2029 roku.