来自未来的神奇盔甲,NASA 利用4D打印技术编造出太空金属织物

科学
来自未来的神奇盔甲,NASA 利用4D打印技术编造出太空金属织物
麻省理工科技评论 2017-06-19

2017-06-19

NASA喷气推进实验室又发明了一种三合一功能的可折叠金属编织材料,将会进一步提升太空运输的效率。
4D打印
NASA喷气推进实验室又发明了一种三合一功能的可折叠金属编织材料,将会进一步提升太空运输的效率。

在太空飞行的过程中,航天器载重量的增加是一个特别棘手的问题,仅仅是飞出大气层就需要多级火箭的逐级助力,而最后被送入太空的有效载荷可能连火箭总重量的十分之一都没有,这也就导致了发射报价居高不下,一公斤货物的发射价格普遍都会超过一万美元。

而为了节约成本,工程师们就尽可能的将有效载荷的重量降至最低。此前,美国国家航空航天局(NASA)就试验过一种可充气的太空舱,依靠内部的支架可以将其改装成任意的结构。而现在,NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)又发明了一种三合一功能的可折叠金属编织材料,将会进一步提升太空运输的效率。在过去近两年时间里,喷气推进实验室的研究人员一直在致力于这种太空金属织物的研发,它是由相互嵌合的不锈钢方块制成。但这种看起来像锁子甲的织物又不同于旧时的盔甲,它不是通过焊接而是通过3D打印将不锈钢挤压成连续的织状物。

同时,该金属织物的正反两面也都具有不同特性,正面是一列列平整的方块,有着金属的光泽,用来反射热和光。背面是一系列互相嵌合的圆环,帮助织物吸收热量。两面结合在一起使得该材料像一个超强的盾牌,足以保护宇航员和航天器免受太空垃圾的致命伤害。但如果仅仅提到上述的几项功能,仿佛还不足以体现这种新材料的独特之处,毕竟NASA的太空飞船上的外部涂层早就已经做到反射光照、吸收热量以及保护船体了。 但到现在为止,NASA还没有同时具备这三种功能的材料。喷气推进实验室的系统工程师Raul Polit Casillas表示:“我们想看看一种普通的材料能否通过结构的优化来发挥更大的作用。”

而NASA之所以能够赋予一种材料如此多的特性,重点还在于一种名为4D打印的技术,它是由麻省理工学院(MIT)研究员Skylar Tibbits在几年前所开创的一种技术,是利用3D打印机将不同的材料和结构逐层堆砌成一个单一的设计,但与3D打印不同的是,4D打印不仅可以逐层添加材料,还可以在打印的过程中将应有的功能添加进去。而由该技术制成的材料往往具有自动变形和自动组合的特点。而利用4D打印技术,工程师可以让一块金属在特定的温度展开,或者让塑料在某些环境条件下膨胀或收缩,也可以让NASA的太空织物具有的柔性的几何形状,使其可以反射热量。Polit Casillas说。“如果二十世纪的制造业是大规模生产驱动的,那么二十一世纪的制造业就是由多功能的生产主导的。”

由于太空金属织物的可折叠属性,使得它成为了太空中不可或缺的一种材料。Polit Casillas表示,航天员完全可以在太空中自行打印这种材料,并用它来进行零部件的替换。除此以外,像在木卫二的探测以及航天员和飞船的保护中,它都可以派上用场。不过,NASA对于4D打印的利用仍处于探索阶段,Polit Casillas预计他的团队将最终开发出更多具有高级功能的材料。 预计很快就会有能够导电且改变形状的织物。 他说,重点是 “要在较少的材料上集成尽可能多的科技元素”。虽然传统的观点认为多功能复合的方法并不能打造出最好的产品,不过,随着技术的演化,这一观点也应该有所改变了。

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