April 14, 2024

Η τρισδιάστατη εκτύπωση υπόσχεται πιο αποτελεσματικούς τρόπους κατασκευής εκρηκτικών και ενισχυτών πυραύλων κατά παραγγελία

Τα ενεργειακά υλικά έχουν πολλά σχήματα και μεγέθη, αλλά συχνά είναι σε στερεά μορφή και απελευθερώνουν πολλή ενέργεια όταν καίγονται ή εκρήγνυνται, ανάλογα με το σχήμα τους και τις συνθήκες υπό τις οποίες λειτουργούν.

Είμαι καθηγητής μηχανολογίας που μελετά ενεργειακά υλικά. Η κατασκευή ενεργητικών υλικών δεν είναι εύκολη, αλλά η πρόοδος στην τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσε να διευκολύνει την προσαρμογή, επιτρέποντας παράλληλα περισσότερες πιθανές επιστημονικές εφαρμογές.

Ο ρόλος της γεωμετρίας.

Ο τρόπος με τον οποίο κατασκευάζονται τα ενεργειακά υλικά επηρεάζει τις μορφές που παίρνουν και τον τρόπο με τον οποίο απελευθερώνουν ενέργεια με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, τα στερεά προωθητικά πυραύλων κατασκευάζονται με τρόπο που μοιάζει με κέικ, κατά τον οποίο ένα μίξερ ανακατεύει το «κτύπημα», το οποίο είναι κατασκευασμένο κυρίως από υπερχλωρικό αμμώνιο, αλουμίνιο και ένα κολλώδες συνδετικό, πριν το αδειάσει σε ένα τηγάνι. Το «κέικ» στερεοποιείται στη φόρμα ενώ ψήνεται στο φούρνο.

Συνήθως, οι ενισχυτές πυραύλων έχουν κυλινδρικό σχήμα, αλλά με μια ράβδο στο κέντρο. Η ράβδος έχει συνήθως συγκεκριμένο σχήμα διατομής, όπως κύκλο ή αστέρι. Όταν το προωθητικό στερεοποιείται, η ράβδος αφαιρείται, αφήνοντας πίσω το σχήμα του πυρήνα.

Το σχήμα του πυρήνα επηρεάζει το πώς καίγεται το προωθητικό, το οποίο μπορεί να επηρεάσει την ώθηση του κινητήρα στον οποίο χρησιμοποιείται. Αλλάζοντας απλώς το κεντρικό σχήμα της προπέλας, μπορείτε να κάνετε έναν κινητήρα να επιταχύνει, να επιβραδύνει ή να διατηρήσει την ταχύτητά του με την πάροδο του χρόνου.

Αλλά αυτή η παραδοσιακή διαδικασία «ψησίματος κέικ» περιορίζει τα σχήματα που μπορείτε να φτιάξετε. Θα πρέπει να μπορείτε να αφαιρέσετε τη ράβδο αφού στερεοποιηθεί το προωθητικό, επομένως εάν το σχήμα της ράβδου είναι πολύ περίπλοκο, θα μπορούσατε να σπάσετε το προωθητικό, γεγονός που θα μπορούσε να προκαλέσει ακανόνιστη καύση.

Ο σχεδιασμός μορφών προωθητικών που κάνουν τους πυραύλους να πάνε πιο γρήγορα ή να πετούν μακρύτερα είναι ένας τομέας ενεργούς έρευνας, αλλά οι μηχανικοί χρειάζονται νέες μεθόδους κατασκευής για να δημιουργήσουν αυτά τα ολοένα και πιο περίπλοκα σχέδια.

Τρισδιάστατη εκτύπωση στη διάσωση

Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει φέρει επανάσταση στην κατασκευή με διάφορους τρόπους και ερευνητές όπως εγώ προσπαθούν να καταλάβουν πώς μπορεί να βελτιώσει την απόδοση των ενεργειακών υλικών. Η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιεί έναν εκτυπωτή για τη στοίβαξη υλικού στρώμα προς στρώμα για την κατασκευή ενός αντικειμένου.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση σάς επιτρέπει να δημιουργείτε προσαρμοσμένα σχήματα, να εκτυπώνετε πολλαπλούς τύπους υλικού σε ένα κομμάτι και να εξοικονομείτε χρήματα και υλικό.

Ωστόσο, η τρισδιάστατη εκτύπωση ενεργειακών υλικών είναι πολύ περίπλοκη για διάφορους λόγους. Ορισμένα ενεργειακά υλικά είναι πολύ παχύρρευστα, που σημαίνει ότι είναι πολύ δύσκολο να συμπιεστεί αυτό το μείγμα από ένα σωλήνα με ένα μικρό ακροφύσιο. Φανταστείτε να πιέζετε πηλό από μια μικρή σύριγγα: το υλικό είναι πολύ παχύ για να περάσει εύκολα από τη μικρή τρύπα.

Επιπλέον, τα ενεργειακά υλικά μπορεί να είναι επικίνδυνα εάν χρησιμοποιούνται εσφαλμένα. Μπορούν να αναφλεγούν εάν υπάρχει υπερβολική θερμότητα κατά τη διαδικασία κατασκευής ή κατά την αποθήκευση ή εάν εκτεθούν σε στατική ηλεκτρική εκκένωση.

Πρόσφατη πρόοδος

Παρόλα αυτά, οι ερευνητές έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο την τελευταία δεκαετία για να ξεπεράσουν ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες διαθέτουν τρισδιάστατα εκτυπωμένα αντιδραστικά μελάνια σε ηλεκτρονικές συσκευές για να επιτρέψουν την αυτοκαταστροφή εάν πέσουν σε λάθος χέρια.

Θεωρητικά, θα μπορούσατε επίσης να εκτυπώσετε 3D αυτά τα μελάνια στρατηγικά σε παλιούς δορυφόρους ή στον παλιό Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για να σπάσετε αυτές τις συσκευές σε τροχιά σε αρκετά μικρά συντρίμμια που καίγονται στην ατμόσφαιρα πριν πέσουν στο έδαφος.

Πολλοί ερευνητές ερευνούν τα προωθητικά όπλων τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η αλλαγή του σχήματος των προωθητικών όπλων θα μπορούσε να δημιουργήσει σφαίρες που μπορούν να πετάξουν μακρύτερα.

Άλλοι προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν τρισδιάστατη εκτύπωση για να μειώσουν τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο των προωθητικών όπλων και των αναφλεκτήρων που απαιτούν ισχυρούς διαλύτες για την κατασκευή τους. Αυτοί οι διαλύτες είναι επικίνδυνοι, δύσκολα αφαιρούνται και μπορούν να βλάψουν το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία.

Έδειξα ότι είναι δυνατή η τρισδιάστατη εκτύπωση στερεών προωθητικών πυραύλων που έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα παραδοσιακά κατασκευασμένα προωθητικά. Με αυτήν την έρευνα, έχουμε τώρα την ευκαιρία να εξερευνήσουμε πώς καίγονται προωθητικά από πολλαπλά υλικά, κάτι που είναι νέο έδαφος.

Για παράδειγμα, αντί να χρησιμοποιηθεί μια ράβδος για τη δημιουργία ενός εγκάρσιου σχήματος σε έναν προωθητή, ένα εξαιρετικά αντιδραστικό υλικό θα μπορούσε να εκτυπωθεί 3D και να προστεθεί στον πυρήνα. Αντί να χρειαστεί να αφαιρέσετε αυτό το υλικό πυρήνα, θα μπορούσατε να το κάψετε τόσο γρήγορα ώστε να αφήνει ένα σχήμα πυρήνα. Το αντιδραστικό υλικό θα πρόσθετε επίσης ενέργεια στο προωθητικό. Αυτό θα εξαλείφει την ανάγκη χρήσης και αφαίρεσης μιας ράβδου για την κατασκευή ενός κεντρικού πυρήνα.

Ενώ μεγάλο μέρος αυτής της έρευνας είναι στα σπάργανα, εταιρείες όπως η X-Bow έχουν εκτυπώσει 3D προωθητές και πραγματοποιούν επιτυχημένες δοκιμές πτήσης με αυτούς τους κινητήρες.

Τέλος, αρκετοί ερευνητές έχουν μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο πυροδοτούνται τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εκρηκτικά. Όταν τα εκρηκτικά εκτυπώνονται σε ένα δίκτυο που μοιάζει με πλέγμα, αντιδρούν διαφορετικά όταν οι πόροι τους γεμίζουν με αέρα ή νερό. Αυτή η διαδικασία παράγει ένα ασφαλέστερο «εναλλασσόμενο» εκρηκτικό που δεν αντιδρά παρά μόνο εάν βρίσκεται σε συγκεκριμένο περιβάλλον.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση ενεργειακών υλικών είναι ακόμα ένα νέο πεδίο. Οι επιστήμονες έχουν πολύ δρόμο μπροστά τους για να καταλάβουμε πλήρως πώς η τρισδιάστατη εκτύπωση επηρεάζει την ασφάλεια και την απόδοσή της. Αλλά κάθε μέρα, επιστήμονες σαν εμένα βρίσκουν νέους τρόπους να χρησιμοποιούν την τρισδιάστατη εκτυπωμένη ενέργεια για κρίσιμους και μερικές φορές σωτήριους σκοπούς.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation, έναν ανεξάρτητο, μη κερδοσκοπικό οργανισμό ειδήσεων που σας παρέχει δεδομένα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.

Το έγραψε: Monique McClain, Πανεπιστήμιο Purdue.

Διαβάστε περισσότερα:

Η Monique McClain λαμβάνει χρηματοδότηση από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας (AFOSR), το Γραφείο Ερευνών Στρατού (ARO) και την Εθνική Υπηρεσία Αεροναυπηγικής και Διαστήματος (NASA).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *