การเพิ่มขึ้นของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะในวงโคจร

ในเดือนสิงหาคม ปี 2024 ความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ได้ปฏิวัติวงการการผลิตโลหะ โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อ ชิ้นส่วนโลหะแผ่นประดิษฐ์ ในอวกาศเป็นครั้งแรก ความสำเร็จนี้ไม่เพียงแต่เป็นก้าวกระโดดที่สำคัญในการผลิตอวกาศ แต่ยังปูทางใหม่สำหรับการสำรวจอวกาศและภารกิจการผลิตและบำรุงรักษาวงโคจรในอนาคต

นำโดย European Space Agency (ESA) ภารกิจบุกเบิกนี้ได้พิสูจน์ความเป็นไปได้ในการพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะในสภาพแวดล้อมที่ไร้น้ำหนัก เครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะที่พัฒนาโดยแอร์บัสและพันธมิตรด้วยเงินทุนจาก ESA มาถึงสถานีอวกาศนานาชาติในเดือนมกราคม พ.ศ. 2567 โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือสำรวจความเป็นไปได้ในการพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะในสภาพแวดล้อมที่เป็นเอกลักษณ์เช่นนี้

ภารกิจสำรวจอวกาศแบบดั้งเดิมกำหนดให้ทุกชิ้นส่วนต้องผลิตบนโลกและขนส่งขึ้นสู่วงโคจร ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูงและซับซ้อนในด้านลอจิสติกส์ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะช่วยให้นักบินอวกาศสามารถผลิตเครื่องมือ ชิ้นส่วน และแม้แต่ชิ้นส่วนทดแทนได้โดยตรงในวงโคจร ช่วยประหยัดเวลา ลดต้นทุน และเพิ่มความสามารถในการพึ่งพาตนเองในภารกิจอวกาศ โดยเฉพาะสำหรับภารกิจระยะยาว

เนื่องจากผลกระทบของสภาวะไร้น้ำหนัก การผลิตในอวกาศจึงมีความซับซ้อนมากกว่าการผลิตบนโลกมาก วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมอาศัยแรงโน้มถ่วงในการวางตำแหน่งวัสดุและเป็นแนวทางในการไหลของกระบวนการ และในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ พฤติกรรมของกระบวนการ เช่น การสะสมของโลหะหลอมเหลวนั้นไม่สามารถคาดเดาได้ วิศวกรต้องพัฒนากลยุทธ์และเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อปรับกระบวนการพิมพ์ 3 มิติให้เข้ากับสภาวะที่ท้าทายเหล่านี้ สถานีอวกาศนานาชาติได้จัดเตรียมแพลตฟอร์มการทดสอบที่ไม่เหมือนใครสำหรับความท้าทายเหล่านี้และการพัฒนาโซลูชันที่ใช้งานได้

หลังจากที่เครื่องพิมพ์มาถึงสถานีอวกาศนานาชาติ นักบินอวกาศ Andreas Mogensen มีบทบาทสำคัญในการติดตั้งเครื่องนี้ ความปลอดภัยถือเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับโครงการนี้ โดยเครื่องพิมพ์ถูกปิดผนึกไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซหรืออนุภาคที่เป็นอันตรายหลุดออกไปสู่ชั้นบรรยากาศของ ISS กระบวนการนี้ยังรวมถึงการควบคุมสภาพแวดล้อมภายในเครื่องพิมพ์อย่างระมัดระวังเพื่อลดความเสี่ยงระหว่างการทำงาน

กระบวนการพิมพ์ 3D ที่แท้จริงเริ่มต้นด้วยการสะสมของเหล็กกล้าไร้สนิม แตกต่างจากเครื่องพิมพ์ 3D บนเดสก์ท็อปทั่วไปที่ใช้เส้นใยพลาสติก เครื่องพิมพ์นี้ใช้ลวดสแตนเลสที่หลอมด้วยเลเซอร์กำลังสูง ซึ่งจะทำให้ลวดโลหะมีอุณหภูมิสูงกว่า 1200°C และนำไปวางซ้อนกันทีละชั้นบนแท่นที่เคลื่อนที่ได้

ภายในกลางเดือนกรกฎาคม 2024 ทีมงานพิมพ์ได้สำเร็จ 55 เลเยอร์ ซึ่งถือว่าเสร็จสิ้นไปแล้วครึ่งหนึ่งของตัวอย่างแรก ความสำเร็จนี้เป็นการประกาศถึงจุดเริ่มต้นของสิ่งที่เรียกว่า "ระยะการล่องเรือ" ซึ่งทีมงานสามารถเร่งกระบวนการพิมพ์ได้ การเพิ่มประสิทธิภาพเหล่านี้ทำให้การทำงานของเครื่องพิมพ์มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยเพิ่มเวลาการพิมพ์รายวันจาก 3.5 ชั่วโมงเป็น 4.5 ชั่วโมง

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะที่ประสบความสำเร็จไม่เพียงแต่ให้ความยืดหยุ่นและความพอเพียงสำหรับภารกิจอวกาศมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งในด้านของ งานโลหะและการผลิต- เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการผลิตทุกอย่างตั้งแต่ชิ้นส่วนอะไหล่ไปจนถึงโครงสร้างขนาดใหญ่ในอวกาศ ซึ่งสนับสนุนการสำรวจและการล่าอาณานิคมของดาวเคราะห์ดวงอื่นในระยะยาว ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เราก็สามารถตั้งตารอที่จะมีนวัตกรรมและความก้าวหน้าเพิ่มเติมในด้านการผลิตอวกาศผ่านการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ