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Mar 12, 2024

극한 상황에서 벌크 재료를 측정하기 위한 3D 프린팅 실험실 장비

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17331(2022) 이 기사 인용 1703 액세스 1 인용 12 Altmetric Metrics 세부 정보 3D 프린팅 분야의 비교적 새로운 솔루션으로 인해

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17331(2022) 이 기사 인용

1703 액세스

1 인용

12 알트메트릭

측정항목 세부정보

3D 프린팅 분야의 비교적 새로운 솔루션으로 인해 측정 장치에 인쇄된 요소를 사용할 가능성에 대한 연구는 거의 없습니다. 본 연구의 목적은 벌크 재료의 선택된 기계적-물리적 특성을 측정하기 위해 재료 압출 3D 프린팅 방법으로 만든 도구를 사용할 가능성을 조사하는 것이었습니다. 연구는 일반적으로 원본 또는 수정된 측정 장비를 인쇄하는 데 장애가 있을 때 대량 재료의 기계적-물리적 특성을 측정하는 타당성을 탐구합니다. 목표를 달성하기 위해 Schulze의 링 전단 테스트, Freeman의 FT4 전단 테스트, 압축성 테스트, 유속 및 안정성 테스트와 같은 일련의 실험을 원래의 알루미늄 또는 강철로 만든 장비와 폴리락트산 및 아크릴 스티렌으로 만든 3D 프린팅 장비를 사용하여 수행했습니다. CLASS Exolith Lab에서 제작한 달 표토 모사물질 LHS-1과 LMS-1을 샘플 재료로 사용한 아크릴로니트릴 재료. 그런 다음 원본 장비와 인쇄된 장비를 사용한 테스트에서 얻은 결과를 비교했습니다. 비교된 테스트 값은 측정 편차 5% 범위에서 3D 프린팅 측정 장비의 적용 가능성을 보여주었습니다. 3D 프린팅 측정 장비의 가장 큰 장점은 낮은 무게, 현장에서 프린팅할 수 있는 능력, 극도로 빠른 결과가 필요하거나 물류 이용 불가로 인해 주문형으로 손상된 부품을 새로운 3D 프린팅 부품으로 교체할 수 있는 능력, 맞춤화 등이었습니다. 미립자 물질의 거동을 더 잘 이해하고 제조 비용을 낮추기 위한 표준화된 테스트입니다.

과학자와 엔지니어는 지난 수십 년 동안 행성과 천체 탐사 임무에서 상당한 발전을 이루었으며 자원과 특성에 대한 지식을 얻었습니다. 그러나 행성에 도달하는 것 외에도 우주에 안전하게 착륙하는 것은 여전히 ​​어려운 일임이 입증되었습니다. 이를 변경하기 위해 착륙선과 탐사선이 지질학 자원, 대기 및 방사선 데이터를 수집하며, 궤도에서 탐사선을 통해 측정한 내용을 확인해야 합니다. 굴삭기 붐이 장착된 착륙선과 로버는 재료 특성 분석1을 위해 암석과 먼지를 추출합니다. 목표는 우주비행사가 도착하기 전에 착륙 지점과 방사선 차폐 서식지를 건설하고 인프라, 공장, 실험실 등 적합한 건축물을 개발하기 위한 데이터를 수집하고 전략을 준비하는 것입니다.

이러한 탐사 임무를 확장하고 촉진하려면 두 가지 현장 개념이 필요합니다2,3. 첫째, ISFR(현장 제작 및 수리) 장비 및 인프라입니다. 두 번째는 현장자원 활용(ISRU)이다. 결과적으로 현장 달 제작을 위한 자원은 지난 10년 동안 집중적으로 연구되었으며 여러 기술이 제안되었습니다4,5,6,7. 다른 행성의 재료를 시뮬레이션하기 위해 매우 고운 모래8인 달 표토1와 같은 세라믹 기반 제품이 사용됩니다. 육상 환경에서는 LHT-1 M3, NU-LHT7 또는 JSC-1A10과 같은 유사한 기계적-물리적 특성9을 지닌 달 표토 모의체가 개발되었습니다. 그러나 물리적 환경이 다르기 때문에 다른 천체의 물질적 특성과 행동은 지구와 다릅니다. 실제 표토의 거동은 표토가 측정되는 환경에 따라 선형화된 내부 마찰 각도(LAIF, ψ), 유효 내부 마찰 각도(EAIF, δ), 흐름 함수(ffc), 응집력 c 및 압축성에 따라 다릅니다. , 표토 발굴 장소, 표토 기원 환경 및 표토 변환 환경. 소행성 충돌의 가변성과 바람이나 물에 의한 풍화로 인해 표토의 구성은 장소에 따라 다릅니다. 따라서 탐사 임무11 동안 현장 표토와 대량 재료 자원의 기계적-물리적 특성을 측정할 수 있어야 하는 중요한 필요성이 있습니다.