Mühendisler 3 boyutlu yazıcıyı uzaya gönderdi

Mars’a giden bir astronot ekibini hayal edin. Dünya’dan yaklaşık 140 milyon mil uzakta, uzay gemilerinin çatlamış bir O-ringi olduğunu keşfederler. Ancak azalan yedek parça deposuna güvenmek yerine, ihtiyaç duydukları herhangi bir parçayı talep üzerine üretebilselerdi ne olurdu?

Doktora öğrencisi Taylor Waddell liderliğindeki bir Berkeley araştırmacıları ekibi, bu seçeneği gerçeğe dönüştürmek için büyük bir adım atmış olabilir. 8 Haziran’da, Virgin Galactic 07 görevinin bir parçası olarak 3D baskı teknolojilerini ilk kez uzaya gönderdiler.

SpaceCAL adlı yeni nesil mikro yerçekimi yazıcıları, VSS Unity uzay uçağında iken yörünge altı uzayda 140 saniye geçirdi. Bu kısa zaman diliminde, uzay mekikleri ve PEGDA adlı sıvı plastikten yapılmış benchy figürinler de dahil olmak üzere toplam dört test parçasını otonom olarak yazdırdı ve sonradan işledi.

“SpaceCAL, parabolik uçuşlarda yapılan geçmiş testlerde mikro yerçekimi koşullarında iyi performans gösterdi, ancak yine de kanıtlaması gereken bir şey vardı,” dedi Waddell. “Bu son görev … bu 3D baskı teknolojisinin uzay yolculuğu için hazır olduğunu doğrulamamızı sağladı.”

“Bir gün uzay araçlarının parçalarından ve araçlarından, mürettebat üyeleri için yeni kontakt lenslere ve diş kronlarına kadar her şeyin üretiminde kullanılabileceğini umuyoruz” diye ekledi.

3D baskı, diğer adıyla katkı üretimi, 1980’lerde ilk kez patentlendiğinden beri önemli ölçüde gelişti. Makine mühendisliği doçenti Hayden Taylor, 2017 yılında Hesaplanmış Eksenel Litografi (CAL) teknolojisini icat eden UC Berkeley ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) araştırmacılarından oluşan bir ekibe liderlik etti.

Katı nesneleri viskoz bir sıvıdan şekillendirmek için ışığı kullanan bu yeni tip katkı imalatı, yazdırılabilir geometrilerin aralığını genişletti ve 3B parçaların yazdırılabileceği hızı önemli ölçüde artırdı. Ayrıca mikro yerçekimi koşullarında iyi çalıştı ve uzay keşfiyle ilgili uygulamalara kapı açtı.

CAL teknolojisi aynı zamanda Waddell’ı makine mühendisliğinde doktora yapmak üzere Berkeley’e getiren şeydi. Wisconsin Üniversitesi, Madison’da lisans öğrencisi ve NASA’da Pathways Mühendisi olan Waddell, 3D baskıya hayran kaldı; bir fikri fiziksel bir forma dönüştürmedeki görünüşte büyülü yeteneğinden, uygun fiyatlı ve erişilebilir olmasına kadar.

CAL’ı öğrendikten sonra Taylor’a ulaştı ve kısa süre sonra kendini Berkeley’de buldu. Orada, Taylor’ın laboratuvarında sayısız saat geçirdi ve diğer öğrenci araştırmacılarla birlikte bu teknolojiyi daha büyük iyilik için kullanmanın yeni yolları üzerinde çalıştı.

Yeni zirvelere ulaşmak

CAL, inanılmaz hızı (sadece 20 saniyede parçalar üretmesi) ve verimliliği nedeniyle diğer 3D baskı teknolojilerinden ayrılır. Astronotların acil durumlarda ve talep üzerine parçaları hızlı bir şekilde yazdırmasını sağlayarak CAL, uzun süreli uzay görevlerinde binlerce yedek parça getirme ihtiyacını ortadan kaldırabilir.

Waddell, “Üretim teknolojilerini yanınızda getirerek bu artış miktarını azaltabilir, bu görevlerin daha hızlı yapılmasını sağlayabilir ve riski azaltabilirsiniz” dedi.

Ayrıca CAL’ın mikro yerçekimi koşullarında iyi baskı yapabilme özelliği, mühendislerin uzaydan 3 boyutlu baskının sınırlarını keşfetmelerine olanak sağlıyor.

“CAL ile, ilk olarak sıfır G’de bunu gösterebildik[ravity] Waddell, “Görevlerde ve şimdi de bu uzay uçuşunda, Dünya’da mümkün olmayan parçaları mikro yerçekiminde basabileceğimizi gösteriyoruz” dedi.

CAL, bugüne kadar Dünya’da silikonlar, cam kompozitler ve biyomalzemeler gibi 60’tan fazla farklı malzemeyle başarılı bir şekilde baskı yapabildiğini gösterdi. Waddell’a göre bu çok yönlülük hem kabin hem de mürettebat için kullanışlı olabilir.

“Bu yüzden, kabinle, uzay aracınız bozulursa, O-ringler veya mekanik montajlar veya hatta aletler basabilirsiniz,” dedi. “Ancak CAL mürettebatı da onarabilir. Diş protezleri, deri greftleri veya lensler veya astronotlar için acil tıpta kişiselleştirilmiş şeyler basabiliriz, bu da bu görevlerde çok önemlidir.”

Bir gün CAL, insan organları gibi daha da karmaşık parçaları yazdırmak için kullanılabilir. LLNL, bu teknolojiyi Uluslararası Uzay İstasyonu’nda test etmek için NASA’dan bir hibe aldı.

“Temel olarak Uzay İstasyonu’nda biyobaskı yapacaklar,” dedi Waddell. “Ve uzun, uzun vadeli hedef, CAL ile uzayda organları basmak ve sonra onları Dünya’ya geri getirmek.”

Waddell ve meslektaşları, bundan sonra NASA ile birlikte astronotlar için diş kronu veya cerrahi yara kapatma aracı gibi mürettebatın sağlık ve refahını destekleyebilecek tek bir nesneyi geliştirmek ve doğrulamak için çalışmaya başlamayı umuyorlar.

“Bu deneyler gerçekten herkesin iyiliği için teknolojiyi zorlamaya odaklanıyor,” dedi Waddell. “Uzay için olsa bile, Dünya’daki insanlara fayda sağlayabilecek birçok yol her zaman vardır.”

Bu aynı zamanda Berkeley Uzay Merkezi’nin şu anda geliştirilmekte olan 36 dönümlük yeni kampüsünde geliştirilmesini öngördüğü teknoloji türüdür. Berkeley Uzay Merkezi, NASA ve UC Berkeley tarafından geliştirilen ve özel sektör aracılığıyla ticarileştirilen teknolojileri bir araya getirerek inovasyon ve girişimciliğin yuvası olacaktır.

“Taylor Waddell’ın yarattığı icatlar gibi icatları alıp bu önemli keşiflerin laboratuvardan çıkıp kamusal alana çıkmasını mümkün kılabilecekleri bir yer hayal edin,” diyor Kaliforniya Üniversitesi’nin emekli naibi ve UC Berkeley’in Berkeley Uzay Merkezi’ni geliştirme çabalarının başkanı Darek DeFreece. “Tarihi Virgin Galactic 07 uçuşunu izlerken tezahürat ediyorduk.”

Ortak bir çaba

Birçok açıdan, 8 Haziran uzay görevi Hayden Taylor’ın nanoölçekli üretim laboratuvarındaki tüm öğrencilerin yıllarca süren araştırmalarının bir sonucuydu. Birlikte, neyin mümkün olduğunu görmek için nispeten yeni bir teknolojinin sınırlarını zorluyorlar.

Öğrenci araştırmacılar Dillon Balk, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Jacob Gottesman, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath ve Audrey Young’ın da aralarında bulunduğu Waddell, “Bu proje çok sayıda kişiden oluşan bir ekip tarafından inşa edildi” dedi.

Ayrıca danışmanına kritik destek sağladığı ve CAL teknolojisinin evriminde aktif rol alma fırsatı verdiği için teşekkür ediyor.

“Hayden, oradaki en iyi PI’lardan biri. Bana bu araştırmayı nereye götürmek istediğimi seçme sorumluluğunu veriyor,” dedi Waddell. “Son üç SpaceCAL görevinde, kimi işe alacağıma ve neyi araştırmak istediğimize karar vermekten tüm yolculuğu planlamaya kadar, onlara liderlik etmeme izin veriyor. Gerçekten en tutkulu olduğum yerde olmama ve bunu gerçekleştirmek için onu kaynak olarak kullanmama izin veriyor.”

Virgin Galactic bu projeyi bir sonraki seviyeye taşımada önemli bir rol oynadı. “Virgin Galactic ekibi, özellikle roket fırlatma hazırlık haftasında, her adımda bize yardımcı oldu,” dedi Waddell.

“Başarılı olmamızı sağlamak isteyen çok sayıda mükemmel mühendis ve tutkulu insan vardı.”