3D打印技術如何在探索金星極限環(huán)境時發(fā)揮作用

魔猴君  行業(yè)資訊   1630天前

隨著商業(yè)化太空飛行新時代的到來，美國國家航空航天局（NASA）和私人太空公司正爭先登陸月球和火星，進行太空旅游和探索。盡管這是經(jīng)過精心策劃的計劃，到2024年將宇航員降落在月球南極，到2030年將在紅色星球上部署一艘載人的地面著陸器，但我們還沒有從我們最接近的鄰居地球的姊妹星球金星那里學到很多東西。盡管與地球有許多不同之處，但金星上的灼熱條件曾經(jīng)像地球一樣。盡管自1980年代以來，沒有著陸器冒險進入金星表面，但NASA對金星的重新興起可能導致一項潛在的旗艦任務，以了解我們的姊妹星球是否宜居。

未來要成功地探索金星表面的極端環(huán)境（濃厚的大氣層會捕獲太陽的熱量，導致地表溫度高于880華氏度（470攝氏度）），將需要能夠在高溫下運行的復雜電子系統(tǒng)。幸運的是，創(chuàng)建極限環(huán)境技術是Ozark集成電路公司的重中之重，該公司致力于為“堅固”的應用生產(chǎn)新穎的電路。這家總部位于阿肯色州的公司最近被美國國家航空航天局（NASA）選為139項通過該機構的小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）計劃提供后續(xù)資金的公司之一，該計劃旨在開發(fā)用于高溫，高密度電子產(chǎn)品的原型多芯片封裝系統(tǒng)。

此外，Ozark將與nScrypt的研究部門Sciperio和nScrypt 3D制造系統(tǒng)合作，創(chuàng)建高溫電子系統(tǒng)，特別是RISC-V處理器，該處理器可以在金星表面長時間運行。該公司的“用于金星現(xiàn)場處理的極端環(huán)境系統(tǒng)集成技術”提案旨在以封裝形式創(chuàng)建一個500?CRISC-V多芯片系統(tǒng)，以說明設計程序，多芯片封裝和高溫組件。建立高溫電子系統(tǒng)。

500?CRISC-V微處理器是金星表面幾乎所有太空探索功能（如致動，環(huán)境感應和機器人運動）的基本計算基礎。但是，在火箭以及其他潛在的非NASA應用（例如噴氣發(fā)動機控制系統(tǒng)）中也發(fā)現(xiàn)了可以使用此計算構件的高溫環(huán)境。用于飛行和武器的高超音速發(fā)動機；地熱勘探（其環(huán)境與金星表面非常相似）；科學實驗，包括火山分析以及對生產(chǎn)爐的控制和監(jiān)控。

Ozark創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Matt Francis表示：“增材制造是Ozark IC應對高溫的基石，我們對AM的采用和改編，尤其是nScrypt的產(chǎn)品，將改變游戲規(guī)則。憑借AM常見的較低成本和快速周轉指標，已經(jīng)實現(xiàn)了令人印象深刻的性能（高達800?C）。 nScrypt系統(tǒng)獨特的質量和多功能性使Ozark IC能夠開發(fā)新的工藝和產(chǎn)品，并在性能和周轉時間方面取得驚人的成績?！?/span>

Ozark選擇用于高溫打印的3D制造系統(tǒng)（來源：nScrypt / Ozark）

這項工作最初是由NASA SBIR第一階段項目資助的，并將在五月初宣布的第二階段項目中繼續(xù)進行。所有第二階段的提案都是根據(jù)其技術優(yōu)勢和可行性，第一階段的結果以及提交組織的經(jīng)驗，資格和設施來選擇的。

Ozark在第一階段項目中與Sciperio密切合作，將3D打印定制的高溫金屬跡線打印到高溫基板上。根據(jù)該公司的說法，這些測試試樣是在Sciperio現(xiàn)場使用nScrypt 3Dn 450工廠在工具（FiT）系統(tǒng)中打印的，該系統(tǒng)配備了SmartPump微點膠工具頭，Keyence激光和過程中的攝像頭以監(jiān)控線寬及其他特征。 nScrypt的FiT系統(tǒng)不僅限于3D打印，還可以制造成品，而不僅僅是零件。

Ozark甚至表示將購買由nScrypt開發(fā)的自己的3Dn-Tabletop系統(tǒng)，該系統(tǒng)還配備了SmartPump工具頭和用于保形印刷的表面測繪激光器。Ozark的專長是將集成電路，封裝和布線整合到一個可以在惡劣環(huán)境下使用的模塊中，并且高溫多芯片封裝和Ozark的設計工具顯著擴展了可以在高溫下運行的電子系統(tǒng)的復雜性。nScrypt和Sciperio的首席執(zhí)行官Ken Church表示：“ Ozark IC在極端溫度的電子產(chǎn)品方面做得很棒。我們的高精度3D制造系統(tǒng)非常適合其應用，nScrypt研究部門Sciperio的工程專業(yè)知識正在幫助他們跨越終點線?！?/span>

第二階段的獎項將為位于31個州的124家小型企業(yè)提供約1.04億美元的獎勵。 NASA每年都會通過有前途的新技術投資美國的小型企業(yè)，這些新技術可以使太空飛行任務受益，并改善地球上的生活。

“小型企業(yè)提供使NASA各個領域受益的創(chuàng)新解決方案，并且經(jīng)常在機構外找到應用程序?！?NASA華盛頓空間技術任務局副局長Jim Reuter說，“這項宣布是NASA的“月球至火星”探索方法又邁出的一步。該機構將繼續(xù)投資并支持小型企業(yè)，因為它們會繼續(xù)為未來的任務開發(fā)重要的技術，這些技術也可以使我們在地球上受益?！?/span>

在去年5月宣布入選2019年SBIR計劃第二階段的公司時，NASA指出，這些獎項將有助于推進NASA的優(yōu)先事項，包括Artemis計劃以及航空，人類探索與運營，科學和太空領域的其他倡議技術。入選的公司是以前的NASA SBIR第一階段獲獎者，他們已經(jīng)成功確立了其擬議技術的可行性。作為第二階段的獲獎者，這些公司將開發(fā)，演示并將其技術交付給NASA。

NASA SBIR計劃執(zhí)行官Jenn Gustetic表示：“我們從這些公司在第一階段的工作中所見到的創(chuàng)造力和創(chuàng)造力感到鼓舞。我們還努力減少選定的公司等待其第一期II期付款的時間，因為我們知道目前我們的航空航天研究與開發(fā)公司獲得資金的關鍵。他們的技術在NASA內外的應用前景廣闊，我們期待下一輪加速種子資金的使用?！?/span>

Ozark已使用SBIR / STTR資金來開發(fā)其技術，目前，其其他幾條產(chǎn)品線的工作溫度分別為200?C和250?C，正在進入制造階段（第三階段）。

魔猴網(wǎng)點評：由于大氣壓力驚人，溫度不斷升高，最高可達華氏900度，所以金星并不是最容易進行探測和探索的地方。短短幾個小時后，航天器的電子設備開始失效，因此任何著陸任務的壽命都會縮短。實際上，1970年代來自美國和俄羅斯的探測任務在到達金星的表面后，最多可以傳送一個小時的數(shù)據(jù)。 2006年，歐洲航天局的金星快車在金星南極發(fā)現(xiàn)了奇怪的大氣特征，并且發(fā)現(xiàn)了延伸到地面上方100公里的云層。

太空探索需要能夠在高溫和巖石地幔下運行的復雜電子系統(tǒng)，尤其是在NASA對金星重新燃起興趣的情況下。與金星與地球環(huán)境不同，許多專家認為，來自行星的數(shù)據(jù)可以幫助我們了解我們自己的大氣層，并且隨著Ozark準備開發(fā)用于高溫，高密度電子系統(tǒng)的原型多芯片封裝，持續(xù)時間長，金星的近距離探索可能成為現(xiàn)實。

來源：3D打印網(wǎng)編譯文章！