Коли йдеться про далекі місії, від орбітальних телескопів до місячних баз, головний ворог будь-якої техніки — неможливість швидко отримати нові деталі. Саме тому космічна галузь уже роками розвиває підхід in-space manufacturing — друк інструментів і деталей на вимогу прямо на орбіті: на МКС працює адитивна виробнича установка для виготовлення пластикових елементів, а Європа вже продемонструвала друк металевої деталі в космосі.
Дослідники Массачусетського технологічного інституту (MIT) пропонують альтернативу — надрукувати електричну машину прямо на місці, не прив’язуючись до глобальних ланцюжків постачання. Команда створила мультиматеріальну платформу екструзійного 3D-друку, здатну виготовляти електричні пристрої. Така мультиматеріальна платформа робить крок від корпусів і кронштейнів до повноцінної електромеханіки — вони надрукували робочий електричний лінійний двигун за кілька годин, тобто потенційно ті самі приводи, які рухають механізми точного позиціювання в роботах, приладах і оптичних системах.
Система використовує чотири інструменти екструзії та може працювати з кількома функціональними матеріалами, зокрема електропровідними й магнітними. На демонстрації вчені надрукували електричний лінійний двигун (актуатор, що створює прямолінійний рух) із п’яти матеріалів за лічені години; після друку потрібен лише один етап постобробки. Виготовлення дослідного зразка займало близько трьох годин, а витрати матеріалів становили приблизно 50 центів.
За даними MIT, зібраний пристрій працював не гірше, а подекуди й краще за аналоги, які потребують складнішого виробництва або додаткових операцій. Ключова інженерна складність — узгодити матеріали з дуже різними вимогами: провідники видавлюються під тиском, тоді як нитки чи гранули потребують нагріву. Щоб шари точно співпадали, платформа застосовує датчики та систему керування для високої повторюваності позиціювання інструментів. У перспективі дослідники хочуть інтегрувати намагнічування прямо в процес друку та перейти до повністю надрукованих роторних електродвигунів.
Як це працює? Уявіть 3D-принтер, який уміє друкувати не одним пластиком, а одразу кількома функціональними матеріалами. Один екструдер кладе ізоляційний (діелектричний) шар, інший — провідні доріжки / котушки (провідні чорнила), ще інші — магнітні частини та гнучкі елементи. Після друку магнітні вставки намагнічують, і двигун стає працездатним: струм у котушках створює магнітне поле, яке рухає повзунок лінійного мотора вперед-назад. У таких прототипах найчастіше застосовують просте дипольне намагнічування (одна пара N–S у потрібному напрямку — наприклад, по товщині для пластини / вставки або осьове для циліндра).
Чому це важливо? Для космічних місій критично важливі ремонтопридатність і автономність: коли зламається вузол, чекати постачання із Землі дорого й довго. Підхід друку на місці потенційно зменшує потребу в складуванні великої номенклатури запасних частин і пришвидшує відновлення працездатності роботів / механізмів. Також лінійні приводи застосовують в оптичних системах (позиціювання, фокусування, механізми подачі), тож швидке виготовлення кастомних актуаторів може бути корисним і для інструментів, які працюють в астрономії та суміжних лабораторіях.
За матеріалами mit
