[多圖]揭秘美宇航局新技術:宇航員可太空造零部件
蘭利研究中心材料工程師卡倫·塔米戈站在電子束無模成形製造器(EBF3)模型旁邊。美宇航局低重力計畫在研究中用過這種裝置。
參與美宇航局低重力計畫的研究人員在電子束無模成形製造器周圍飄浮
在11月5日蘭利研究中心的電子束無模成形製造器演示會上,工程師現場加工金屬層
蘭利研究中心的工程師採用電子束無模成形製造器製造的扳手。但是,這個扳手還需要進一步加工和打磨
在蘭利研究中心演示會上,電子束無模成形製造器在工作中
11月5日,在蘭利研究中心的演示會上,工程師理查德·馬丁正在調試電子束無模成形製造器
據國外媒體報道,美國宇航局蘭利研究中心日前開發出一種新技術,可以讓宇航員在太空製造零部件,其外觀看上去像是逃生艙——這就是電子束無模成形製造器(Electron Beam Freeform Fabrication),類似於發動機懸吊於鋼桌之上的裝置。
電子束無模成形製造器其實是一款自動成形和焊接機器,造價250萬美元,或將給飛機和航天器零部件的製造方式帶來變革。
據介紹,專家可以先通過電腦繪製一個三維物體圖。三維圖被分成可由電子束追蹤的多個層。與此同時,鋁、鈦等金屬絲將被輸送至電子束中,用於構建這些分層。電子束釋放的熱量(溫度可達3000度)會使金屬液化,然後變成需要的外形。負責這項研究的蘭利研究中心材料工程師卡倫·塔米戈(Karen Taminger)說:「你可以將零部件畫出來直接製造。」
日前,塔米戈在蘭利中心的一個倉庫內現場演示了這項技術。通過舷窗,可以對電子束無模成形製造器的工作流程有初步的瞭解。在一個看上去像是激光器的裝置裡面,電子束在鋁板周圍來回移動。在工程師對整個過程的十多次重複演示中,激光束幾乎沒有發出任何聲音。10分鐘以後,借助液壓技術,工程師將該裝置的門打開,露出了焊接在板子上的高四分之一英吋(約合6.35毫米)的鋁條。
塔米戈說,雖然沒有像太空火箭那樣給人留下深刻印象,但演示過程仍展現了電子束的巨大潛力。例如,用傳統製造方法加工一個300磅(約合136公斤)的零件,可能要用到6000磅(約合2720公斤)的鈦塊;而電子束無模成形製造器耗用350磅(約合158公斤)的鈦就能製出相同的部件。這些鈦廢料還需要回收才能循環使用,整個過程耗資巨大,需要數千加侖的切削液。
圖左是在工廠車間加工的太空梭模型,圖右則是採用電子束無模成形製造器製造的太空梭模型。後者是中空的,使用的金屬材料更少,因此,整體上更輕
11月5日,研究人員比爾·蘇菲茲現場展示了一個用電子束無模成形製造器製造的零件。該零件還需進一步加工,你可以看到它上面層次分明
11月5日,卡倫·塔米戈微笑著向大家展示電子束無模成形製造器的零件
在蘭利研究中心演示會上,理查德·馬丁打開真空室以後站在一邊
理查德·馬丁展示操作電子束無模成形製造器的控制面板
塔米戈說:「從環境角度講,你耗費了大量原料。」據塔米戈介紹,電子束有望減少用以零件加工的原料消耗,另外耗電量也會降低。這也是洛克希德·馬丁等飛機製造商已在使用類似技術的原因。塔米戈稱,這項技術應用於太空旅行的前景更加誘人。工程師已開發出大小如烘乾機的緊湊版電子束無模成形製造器,從理論上講,可以用於太空之旅。
塔米戈表示,這項技術前途無量。例如,國際空間站需要修復,但宇航員沒有從事這項工作的工具。塔米戈介紹說,在這種情況下,宇航員完全可以用電子束無模成形製造器來製造修復工具,從而不必將多餘的設備發射到太空。不過,自2000年開發以來,電子束無模成形製造器仍在不斷改進中。
蘭利研究中心的工程師比爾·蘇菲茲和理查德·馬丁現場拿出來用激光束製造的零部件。其中很多的邊緣還顯粗糙。蘭利研究中心成立的一個十人小組還在開發零部件,以幫助工程師造出太空飛船所需的更光滑的表面。據塔米戈介紹,電子束無模成形製造器的前景廣闊,美宇航局已為這項研究劃撥了經費。但是,該技術在太空方面的應用尚存在諸多不確定性。白宮目前正在對美宇航局的太空探索計畫進行評估,評估結果可能會推翻美宇航局當前制定的載人探索計畫。