نسل آینده‌ی فضاپیماها با سرامیک‌های چاپ سه‌بعدی

مهندسان همیشه عاشق قطعات سرامیکی بوده‌اند. سازه‌های سرامیکی، هم سبکند و قدرت بالایی دارند، و هم خیلی بهتر از اغلب فلزات گرما را تحمل می‌کنند.  این مشخصات، سرامیک را به گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت هواپیماها و راکت‌ها تبدیل کرده است.  برای نمونه،  پوشش ضد حرارت شاتل فضایی از سرامیک ساخته شده بود.

روکش سرامیکی شاتل فضایی
روکش سرامیکی شاتل فضایی

حالا محققان با استفاده از یک چاپگر سه‌بعدی قطعات سرامیکی با شکل دلخواه خود را ساخته‌اند که نقطه‌ضعف بزرگ سرامیک را هم ندارد و در مقابل ترک خوردن مقاوم است.

دست‌آوردهای آنان می‌تواند راهگشای ساخت مدل‌هایی تازه از جت‌هایی باشد که از بدنه‌ی سرامیکی یا حتی موتور سرامیکی تشکیل شده‌اند. شاید هم بتوان هواپیمای مافوق صوتی را ساخت که بتوانند فاصله‌ی نیویورک تا توکیو را در دو سه ساعت طی کنند. (این فاصله اکنون ۱۴ ساعته طی می‌شود ـ م.)

توبیا شیدلر، دانشمند ارشد آزمایشگاه‌های اچ.آر.ال در ملیبوی کالیفرنیا، می‌گوید:

اگر در محدوده‌ی جو زمین سرعت خود را بالا و بالاتر ببرید تا به حدود ده برابر سرعت صوت برسید، اصطکاک هوا دمای وسیله‌ی نقلیه‌ی شما را به شکل فاحشی بالا می‌برد. در واقع برای حرکت در سرعت‌هایی بالاتر از پنج یا شش برابر سرعت صوت، چاره‌ای جز این ندارید که تمام بدنه‌ی وسیله‌ی خود را از سرامیک بسازید.

شیدلر و همکارانش در اچ.آر.ال، ترکیبی از رزین ساخته‌اند که می‌تواند با تکنولوژی چاپ سه‌بعدی، به هر شکل و اندازه‌ای که لازم باشد درآید.

رزینی که به این ترتیب چاپ شده را می‌توان در معرض شعله قرار داد تا به ساختاری تمام‌سرامیکی با استحکام بالا و کاملاً متراکم تبدیل شود. محصول نهایی می‌تواند دماهای بسیار بالا در حد ۱۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد را تحمل کند و ده برابر قوی‌تر از هر ماده‌ی مشابه دیگری باشد.

شیدلر، که پژوهشی تازه در این زمینه را در مجله‌ی ساینس منتشر کرده یادآوری می‌کند که سرامیک را نمی‌توان به‌سادگی قالب‌ریزی کرد یا تراش داد و از همین رو کار با قطعات سرامیکی، بسیار دشوارتر از قطعات پلاستیکی یا فلزی است. با این حال، او و تیمش ترفندی را یافته‌اند که می‌توان با سرامیک نیز همچون پلاستیک رفتار کرد:

ما رزینی که به سرامیک تبدیل خواهد شد را در اختیار داریم و می‌توانیم آن را همچون پولیمرهای دیگر چاپ کنیم و سپس آن را شعله‌ور سازیم تا به سرامیک تبدیل شود. کمی انقباض در این فرآیند وجود خواهد داشت، اما ساختار رزین چنان یکنواخت است که تغییر اندازه را می‌توان از قبل محاسبه کرد و در طراحی لحاظ نمود.

چشم‌انداز بزرگ‌تر آن است که این روش به کمک طراحان راکت‌ها و ماهواره‌هایی خواهد آمد که باید قطعات کوچک و خاص زیادی بسازند که در مقابل حرارتی که در سرعت بالای حاصل از اصطکاک هوا و گرمای اگزوزها پدید می‌آید، مقاومت کنند.

به گفته‌ی چارلی اسپار، مدیر اجرایی شورای سرامیک آمریکا، نوعی از سرامیک به نام آلومینا، در پیشرانه‌های یونی جدید به کار گرفته می‌شوند. در این سیستم پیشرانه، از جریان برق برای حرارت دادن گاز و آزادسازی یون‌های آن استفاده می‌شود. او معتقد است سرامیک برای هر کجا که بخواهیم ساییدگی و فرسودگی را کاهش دهیم، گزینه‌ی مناسبی است.

بخش تحقیقات پنتاگون، روی پروژه‌های تحقیقاتی بسیاری سرمایه‌گذاری کرده و می‌کند تا راه تازه‌ای برای تولید موادی سبکتر و قوی‌تر با قابلیت مقاومت حرارتی بالاتر بسازد که در صنایع نظامی و هوافضا مورد استفاده قرار گیرد.

استفانی تامپکینز، مدیردفتر علوم دفاعی دارپا (سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌ی دفاعی) معتقد است روشی که در مقاله‌ی تازه‌ی ساینس تشریح شده، ما را یک گام به هدف ایجاد موادی نزدیک می‌کند که شامل تمام قابلیت‌های مفیدی که معمولاً یکجا جمع نمی‌شوند، همچون مقاومت بالا و وزن کم، باشند و در عین حال بتوان آن‌ها را به شکل‌های پیچیده‌ای ساخت و مورد استفاده قرار داد.

به گفته‌ی مقامات رسمی دارپا، دست‌یابی به راهی برای تولید قطعات سرامیکی با اشکال دلخواه به وسیله‌ی فن‌آوری چاپ سه‌بعدی، آینده‌ی صنایعی همچون نیروگاه‌های سوخت گازی یا سایر موتورهای گازسوز را نیز دگرگون خواهد کرد.

منبع: space.com، به قلم اریک نیلر از دیسکاوری نیوز

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *