Este videoclipe mostra uma técnica de impressão 3D em que uma cabeça de impressora digitaliza cada camada de uma peça, soprando pó de metal que é derretido por um laser. É uma das várias maneiras pelas quais as peças são impressas em 3D no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, mas não foi usado para criar as peças a bordo do rover Perseverance. Crédito:NASA / JPL-Caltech
Se você quiser ver a ficção científica em ação, visite uma moderna oficina mecânica, onde as impressoras 3-D criam materiais em praticamente qualquer forma que você possa imaginar. A NASA está explorando a técnica - conhecida como manufatura aditiva, quando usada por engenheiros especializados - para construir motores de foguetes, bem como potenciais postos avançados na Lua e em Marte. Mais perto do futuro está um marco diferente:o robô Perseverance da NASA, que pousa no Planeta Vermelho em 18 de fevereiro, 2021, carrega 11 peças de metal feitas com impressão 3-D.
Em vez de forjar, moldagem, ou materiais de corte, A impressão 3-D depende de lasers para derreter o pó em camadas sucessivas para dar forma a algo. Isso permite que os engenheiros usem designs e características únicas, como tornar o hardware mais leve, mais forte, ou responsivo ao calor ou frio.
"É como trabalhar com papel maché, "disse Andre Pate, o grupo lidera a manufatura aditiva no Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia. "Você constrói cada característica camada por camada, e logo você tem uma parte detalhada. "
Curiosidade, Predecessor do Perseverance, foi a primeira missão a levar a impressão 3D ao Planeta Vermelho. Ele pousou em 2012 com uma peça de cerâmica impressa em 3D dentro do instrumento semelhante a um forno, Sample Analysis at Mars (SAM). Desde então, a NASA tem continuado a testar a impressão 3-D para uso em espaçonaves para garantir que a confiabilidade das peças seja bem compreendida.
Como "estruturas secundárias, "As peças impressas do Perseverance não prejudicariam a missão se não funcionassem como planejado, mas como Pate disse, "Voar com essas peças para Marte é um grande marco que abre um pouco mais as portas para a manufatura aditiva na indústria espacial."
A camada externa do PIXL, um dos instrumentos a bordo do Perseverance Mars rover da NASA, inclui várias peças feitas de titânio impresso em 3D. A inserção mostra a metade frontal da parte de concha de duas peças que foi concluída. Crédito:NASA / JPL-Caltech
Um Shell para PIXL
Das 11 peças impressas indo para Marte, cinco estão no instrumento PIXL do Perseverance. Abreviação de Instrumento Planetário para Litoquímica de Raios-X, o dispositivo do tamanho de uma lancheira ajudará o rover a procurar sinais de vida microbiana fossilizada, disparando raios-X em superfícies rochosas para analisá-los.
O PIXL divide espaço com outras ferramentas na torre giratória de 88 libras (40 quilos) na extremidade do braço robótico do rover de 2 metros de comprimento. Para tornar o instrumento o mais leve possível, a equipe do JPL projetou o casco de titânio de duas peças da PIXL, uma estrutura de montagem, e duas escoras de suporte que prendem a concha à extremidade do braço a ser oca e extremamente fina. Na verdade, as partes, que foram impressos em 3D por um fornecedor chamado Carpenter Additive, têm três ou quatro vezes menos massa do que se fossem produzidos convencionalmente.
"Em um sentido muito real, A impressão 3D tornou este instrumento possível, "disse Michael Schein, Engenheiro mecânico líder da PIXL no JPL. "Essas técnicas nos permitiram atingir uma ponta de baixa massa e alta precisão que não poderia ser feita com a fabricação convencional."
Esta imagem de raio-X mostra o interior de uma parte impressa em 3D dentro do instrumento MOXIE do Perseverance. O ar marciano será transportado para dentro dos minúsculos canais no centro desta parte, onde serão pré-aquecidos. Imagens de raio-X como essas são usadas para verificar se há defeitos dentro das peças; nesse caso, os engenheiros verificaram se os canais estavam livres de pó de impressão 3D. Crédito:NASA / JPL-Caltech
MOXIE aumenta o calor
As outras seis partes impressas em 3-D do Perseverance podem ser encontradas em um instrumento chamado Experimento de Utilização de Recursos In-Situ de Oxigênio de Marte, ou MOXIE. Este dispositivo testará a tecnologia que, no futuro, poderia produzir quantidades industriais de oxigênio para criar propelente de foguete em Marte, ajudando os astronautas a se lançarem de volta à Terra.
Para criar oxigênio, MOXIE aquece o ar marciano até quase 1, 500 graus Fahrenheit (800 graus Celsius). Dentro do dispositivo, há seis trocadores de calor - placas de liga de níquel do tamanho da palma da mão que protegem as partes principais do instrumento dos efeitos de altas temperaturas.
Embora um trocador de calor usinado convencionalmente precise ser feito de duas peças e soldadas, Os MOXIEs foram impressos em 3D como uma única peça na Caltech próxima, que gerencia o JPL para a NASA.
"Esses tipos de peças de níquel são chamados de superligas porque mantêm sua resistência mesmo em temperaturas muito altas, "disse Samad Firdosy, um engenheiro de materiais no JPL que ajudou a desenvolver os trocadores de calor. "As superligas são normalmente encontradas em motores a jato ou turbinas geradoras de energia. Elas são realmente boas em resistir à corrosão, mesmo quando muito quente. "
Embora o novo processo de fabricação ofereça conveniência, cada camada de liga que a impressora deposita pode formar poros ou rachaduras que podem enfraquecer o material. Para evitar isso, as placas foram tratadas em uma prensa isostática quente - um triturador de gás - que aquece o material a mais de 1, 832 graus Fahrenheit (1, 000 graus Celsius) e adiciona uma pressão intensa de maneira uniforme ao redor da peça. Então, os engenheiros usaram microscópios e muitos testes mecânicos para verificar a microestrutura dos trocadores e garantir que eram adequados para voos espaciais.
"Eu realmente amo microestruturas, "Firdosy disse." Para eu ver esse tipo de detalhe conforme o material é impresso, e como ele evolui para fazer essa parte funcional que está voando para Marte - isso é muito legal. "
