國際航空站

3D列印與IRPI / NASA

 在太空中生存可能是我們近代，今世後代的最大挑戰之一。作為科學家，甚至是殖民者，我們進入了最後的疆域，充滿了對地球上成千上萬個問題（哲學，生物學，環境甚至是農業）的潛在答案。2016年，兩名宇航員將在國際航空站上存活最長的時間是342天。隨著我們繼續測試人體適應大氣以外的外部環境的能力，在太空中生存的挑戰被在太空中生存的挑戰所取代。

↑圖片由IRPI / NASA提供

“我們的目標是設計，製造，交付和測試杯子，以取代重力在毛細管壓力下在地球上飲用的杯子。”

科學家正面臨著使空間變得宜居的問題的一種方式是通過工程杯，使宇航員可以在微重力作用下在熟悉的家中喝酒。最簡單的娛樂-飲食-成為迷宮般的難題，對於科學家來說，一旦脫離地球引力範圍，就可以解決。IRPI是工程諮詢公司NASA所依賴的，它可以使人們從地球上的杯子中喝出來的舒適感帶到惡劣的太空環境中。為了製造具有微重力的水杯，IRPI尋求3D列印以解決似乎是無法克服的挑戰。

「挑戰」 

IRPI是一家工程諮詢公司，專門從事航天器流體動力學和流體管理方面的研發。其技術開發項目涉及從生物技術到NASA太空計劃的所有項目。在製作太空杯時，IRPI的任務是在太空杯內部模仿地球的重力。

Drew解釋說：“我們的目標是設計，製造，交付和測試杯子，以取代重力在重力作用下飲用地球上的杯子。太空杯必須是一個開放的容器，必須透明地收集數據。它必須是食品安全的並且能夠承受高溫。”

簡而言之，毛細管流是由利用液體的表面張力，潤濕條件和杯的幾何形狀而產生的液體中的壓力梯度產生的。研究流體在微重力作用下在表面上的反應和移動方式是一項重要的工作。流體系統涉及航天器的各個方面，從生命支持到液體處理，動植物棲息地，熱交換器到液體燃料。為瞭解決使杯子內的液體沿著正確的表面（從底部向上到達飲用者的嘴巴）移動的挑戰，需要復雜的幾何形狀，而常規製造技術要付出高昂的代價才能做到。IRPI與Stratasys Direct Manufacturing合作，使用唯一可行的技術製造太空杯：3D列印。

「解決方案」

Stratasys Direct Manufacturing和IRPI共同致力於40多個原型的製作，並最終使用立體光刻3D列印技術製造了12個太空杯。“ Stratasys Direct Manufacturing與我們在一起，提供概念印刷，材料選擇，規模測試模型和最終產品，” Drew說。

團隊選擇使用Accura 60材料和立體光刻技術製造太空杯的原因有三點：其準確性，高解析度和材料的光學清晰度。立體光刻為3D列印提供了一些最佳公差，公差為±0.005英寸或±0.001英寸/英寸（以較大者為準）。它最細的塗層厚度為0.002英寸，直接關係到杯子表面的光滑度。“ 3D列印杯子的最重要方面是美觀；太空杯必須看起來不錯。”德魯說。“此外，杯子的幾何形狀是影響杯子性能的關鍵因素，因此必須保持機器和後處理的準確性才能成功。” 杯子幾何形狀上的任何缺陷都會影響液體流動。杯子的光滑，透明和吸引人的飲用對項目的成功至關重要。

Stratasys Direct Manufacturing的專業立體光刻工程師將他們多年的經驗帶到了該項目中，以結合正確的光束長度（UV鐳射），層厚度和設計方向來產生所需的IRPI結果。IRPI處理杯子的表面處理，以滿足嚴格的食品安全要求，並實現精確數據收集所需的表面處理。

熔融沈積建模（FDM）用於創建更堅固的杯架，而立體光刻技術則生產了約40個太空杯和原型。

在使用地球上的立體光刻杯進行微重力測試後，太空杯幾乎已經準備好前往國際空間站。但是，要到達車站，杯子必須在旅途中生存下來，這就需要進行額外的測試，以確保材料通過NASA的飛行要求。“ IRPI設法獲得NASA的Accura 60材料的飛行認證，這並非易事。” 德魯。借助3D列印，完成了模擬微重力測試，獲得了NASA的飛行認證並成功執行了幾何圖形，太空杯進入了太空。

「結果」

“毛細管飲料實驗是成功的，” Drew說。“六個獨特的太空杯是通過SpaceX-6進入國際空間站的。在過去的一年中，我們進行了10次飛行操作，宇航員按照地麵團隊的指示進行了太空杯的實驗和演示。” 美國宇航員斯科特·凱利（Scott Kelley）有望在幾個月內打破在國際空間站的最長停留時間記錄，他從杯子裡喝了第一口咖啡得到了積極的評價。美國宇航員Kjell Lindgren首次能夠使用杯子在太空沖泡咖啡。甚至我們的國際合作夥伴也喜歡在太空中喝杯咖啡。日本航天局（JAXA）宇航員Kimiya Yui表示很高興能從重力模擬太空杯中飲用。

增材製造或3D列印在使這些杯子成為現實方面發揮了關鍵作用。“雖然我們熟悉增材製造，但是如果沒有Stratasys Direct Manufacturing和我們的項目工程師Harold Myer，我們將無法獲得相同的結果，” Drew說。“哈羅德（Harold）是最適合我們公司的公司，它幫助我們選擇了材料，並在需要時在列印機上完成了我們的項目。對我們而言，重要的是我們要立即退回報價並立即開始列印，因為我們正在按照NASA的時間表進行工作，這可能會很複雜。”

3D列印為製造的新領域打開了大門，使科學家和工程師有機會冒險進入從未在物理上展現過的設計，並提供了超出我們最瘋狂夢想的解決方案。這是地球和太空令人興奮的時刻！

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