Новости

Mar 12, 2024

Лабораторное оборудование, напечатанное на 3D-принтере, для измерения сыпучих материалов в экстремальных условиях

Scientific Reports Volume 12, Номер статьи: 17331 (2022) Цитировать эту статью 1703 Доступов 1 Цитирований 12 Подробности об Altmetric Metrics Благодаря относительно новым решениям в области 3D-печати, существуют

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 17331 (2022) Цитировать эту статью

1703 Доступа

1 Цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Из-за относительно новых решений в области 3D-печати исследований возможности использования печатных элементов в измерительных приборах мало. Целью данного исследования было изучение возможности использования приборов, изготовленных методом экструзии материала 3D-печати, для измерения выбранных механо-физических свойств сыпучих материалов. Исследование изучает возможность измерения механо-физических свойств сыпучих материалов, когда в обычной практике существуют препятствия для печати оригинальных или модифицированных измерительных приборов. Для достижения поставленных целей была проведена серия экспериментов, таких как испытания на сдвиг кольца Шульце, испытания на сдвиг Фримена FT4, испытания на сжимаемость, а также испытания на скорость потока и стабильность с использованием оригинальных инструментов, изготовленных из алюминия или стали, а также инструментов, напечатанных на 3D-принтере из полимолочной кислоты и акрилового стирола. акрилонитрильных материалов с использованием в качестве образца материала имитаторов лунного реголита LHS-1 и LMS-1 производства CLASS Exolith Lab. Затем результаты, полученные в ходе испытаний с оригинальными и печатными приборами, сравнивались. Сравниваемые значения испытаний показали применимость 3D-печатных средств измерений в диапазоне погрешности измерений 5%. Самыми большими преимуществами напечатанных на 3D-принтере измерительных приборов были меньший вес, возможность печатать на месте, заменять поврежденную деталь на новую, напечатанную на 3D-принтере, по требованию, если необходимы чрезвычайно быстрые результаты или из-за логистической недоступности, индивидуализация. стандартизированных тестов для лучшего понимания поведения сыпучих материалов и снижения производственных затрат.

За последние несколько десятилетий ученые и инженеры добились значительных успехов в исследовательских миссиях планет и небесных тел и получили знания об их ресурсах и свойствах. Однако, помимо достижения планет, благополучная приземление во Вселенной все еще оказывается сложной задачей. Чтобы изменить это, данные о геологических ресурсах, атмосфере и радиации собираются с помощью спускаемых аппаратов и вездеходов, которые необходимы для проверки измерений, выполненных зондами с орбиты. Посадочные аппараты и вездеходы, оснащенные стрелами экскаватора, извлекают камни и пыль для анализа свойств материалов1. Цель состоит в том, чтобы собрать данные и подготовить стратегии по строительству посадочных площадок и сред обитания, защищающих от радиации, а также разработать подходящие конструкции, такие как инфраструктура, фабрики и лаборатории, до прибытия астронавтов.

Для расширения и облегчения таких исследовательских миссий необходимы две концепции in situ2,3. Во-первых, это оборудование и инфраструктура для изготовления и ремонта на месте (ISFR). Во-вторых, это использование ресурсов на месте (ISRU). В результате за последнее десятилетие интенсивно изучались ресурсы для изготовления луны на месте, и было предложено несколько технологий4,5,6,7. Для имитации материалов других планет используются изделия на керамической основе, например, лунный реголит1, который представляет собой очень мелкий песок8. В земной среде были разработаны имитаторы лунного реголита со схожими механо-физическими свойствами9, такие как LHT-1 M3, NU-LHT7 или АО-1А10. Однако из-за другой физической среды свойства и поведение материалов на других небесных телах отличаются от земных. Поведение реальных реголитов различается в зависимости от линеаризованного угла внутреннего трения (LAIF, φ), эффективного угла внутреннего трения (EAIF, δ), функции течения (ffc), сцепления c и сжимаемости в зависимости от среды, в которой измеряются реголиты. , место раскопок реголита, среда происхождения реголита и среда трансформации реголита. Состав реголитов варьируется от места к месту из-за изменчивости столкновений астероидов и выветривания ветром или водой. Таким образом, возникнет острая необходимость иметь возможность измерять механо-физические свойства реголитов in situ и ресурсов сыпучего материала во время исследовательских миссий11.