ESA ได้ส่ง “เครื่องพิมพ์ชิ้นงานโลหะ 3 มิติ” ขึ้นไปยัง “สถานีอวกาศนานาชาติ” ทดลองการพิมพ์ชิ้นส่วนอุปกรณ์โลหะใน “สภาวะไร้แรงโน้มถ่วง” เป็นครั้งแรก อันเป็นการเพิ่มขีดความสามารถของการซ่อมแซมเครื่องจักรกลไกของ “ยานอวกาศ” ภายนอกโลกและเป็นรากฐานที่ดีสู่การตั้งถิ่นฐานอารยธรรมของมนุษย์บน “ดวงจันทร์” ในอนาคต

ภาพเครื่องพิมพ์โลหะสามมิติระหว่างการทดสอบติดตั้งเพื่อนำไปบรรจุบนยาน Cygnus NG-20 ที่มา ESA

“เครื่องพิมพ์โลหะสามมิติ” ถูกส่งขึ้นไปยังสถานีอวกาศนานาชาติเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ซึ่งครั้งนี้ถือว่าเป็นครั้งแรกของโลกที่จะได้มีการพิมพ์ชิ้นงานโลหะภายในอวกาศจริง จากที่ก่อนหน้านี้เราสามารถพิมพ์ชิ้นงานพลาสติกแบบสามมิติภายในสถานีอวกาศนานาชาติซึ่งสำเร็จตั้งแต่เมื่อ 10 ปีก่อน

การพิมพ์ชิ้นงานโลหะสามมิติในอวกาศนับว่าเป็นอีกงานที่ท้าทายมากและต้องมีการเตรียมตัววางแผนที่ใหญ่กว่าเครื่องพิมพ์สามมิติเมื่อ 10 ปีก่อนมาก

การพิมพ์ชิ้นงานโลหะแบบสามมิติที่ค่อย ๆ สร้างชั้นของชิ้นงานขึ้นมาทีละชั้น ๆ นั้น หมายถึงพวกเขาต้องหล่อละลายโลหะทีละน้อย ๆ เหมือนกับเทคนิคเดียวกันกับเครื่องพิมพ์พลาสติกสามมิติ แต่โลหะนั้นมีจุดหลอมเหลวที่สูงกว่าพลาสติกนับพันองศาเซลเซียส นั่นทำให้การหลอมเหลวโลหะให้ร้อนเพียงพอต้องใช้เทคนิคอื่น นั่นคือการใช้เลเซอร์ในการหลอมเหลวโลหะที่หัวพิมพ์

อีกทั้งการพิมพ์ด้วยความร้อนสูงในลักษณะนี้จะสร้างก๊าซอันตรายไม่พึงประสงค์ออกมาระหว่างการพิมพ์ชิ้นงาน และแน่นอนหากปล่อยไว้มันจะเป็นอันตรายกับลูกเรือภายในสถานีอวกาศนานาชาติอย่างแน่นอน ดังนั้นการพิมพ์โลหะสามมิติทั้งหมดนี้ต้องถูกจำกัดในพื้นที่ปิด

เครื่องพิมพ์โลหะสามมิติที่ถูกส่งขึ้นไปยังสถานีอวกาศนานาชาติถูกบีบบังคับด้วยกฎด้านความปลอดภัยต่าง ๆ มากมาย อีกทั้งด้วยพื้นที่ที่มีจำกัดภายในสถานีอวกาศนานาชาติ พวกเขาจึงถูกบีบบังคับให้สร้างตู้พิมพ์สามมิตินี้ในขนาดที่เล็กกว่าหนึ่งตารางเมตร เพื่อให้เพียงพอกับพื้นที่ว่างภายในโมดูลโคลัมบัส (Columbus) และที่สำคัญคือมันต้องปลอดภัยแม้กระทั่งไม่มีผู้เข้าควบคุมดูแล

ภาพผลงานการพิมพ์ชิ้นงานโลหะสามมิติบนสถานีอวกาศนานาชาติ ที่มา ESA

การทดลองการพิมพ์โลหะสามมิติในอวกาศครั้งนี้ สารตั้งต้นการพิมพ์จะใช้เหล็กกล้าไร้สนิมหรือ Stainless Steel เกรดเดียวกันกับที่ใช้งานในงานด้านการแพทย์ ด้วยคุณสมบัติต่อการทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ตัวลวดสแตนเลสตั้งต้นเหล่านี้จะถูกทำให้ร้อนจนหลอมละลายภายในหัวพิมพ์ด้วยเลเซอร์กำลังสูง และโลหะหลอมเหลวจะค่อย ๆ หยอดเพิ่มเข้าไปภายในชิ้นงานเรื่อย ๆ ซึ่งจากการคำนวณของ ESA แล้วพวกเขาต้องเพิ่มชั้นของเนื้องานทีละเล็กทีละน้อยในระดับมิลลิเมตร เนื่องจากในสภาวะไร้น้ำหนักนั้น โลหะเหลวที่เพิ่งหลอมมาจากหัวพิมพ์อาจจะหลุดลอยออกจากเนื้องานเมื่อมันมีขนาดที่ใหญ่มากเกินไป การมีหยดของโลหะเหลวที่เล็กในระดับของมิลลิเมตร แรงตึงผิวของของเหลวจะเป็นสิ่งที่ควบคุมให้สิ่งที่ถูกพิมพ์เพิ่มเข้าไปยึดเกาะกับพื้นผิวของชิ้นงานเดิมได้

อีกทั้งตามที่ได้กล่าวไปข้างต้น เนื่องจากในกล่องนั้นต้องทำงานในระบบปิดเพื่อป้องกันควันที่อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของนักบินอวกาศภายในสถานีอวกาศ ภายในตู้พิมพ์สามมิติที่เป็นระบบปิดนี้ก็ยังมีความจำเป็นในการทำให้สภาพแวดล้อมภายในตู้นั้นปราศจากออกซิเจนด้วยเช่นกัน เนื่องจากก๊าซออกซิเจนเป็นตัวการที่ทำให้เกิดสนิมในโลหะ ดังนั้นเพื่อให้ชิ้นงานปราศจากสนิมที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการพิมพ์หลายสิบชั่วโมง พวกเขาจึงเลือกระบายก๊าซทั้งหมดออกก่อนเริ่มการพิมพ์ และเติมก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์เข้าไปภายในแทนที่

ชิ้นงานที่พิมพ์ขึ้นมานั้น ESA ได้ออกแบบให้เป็นชิ้นงานขนาดเล็กเพื่อเป็นการพิสูจน์และสาธิตประสิทธิภาพในการพิมพ์โลหะสามมิติในอวกาศ ชิ้นงานแรกที่ถูกพิมพ์ขึ้นบนอวกาศเป็นเพียงรูปร่างของแท่งโลหะธรรมดา ขนาดของมันเล็กกว่ากระป๋องน้ำอัดลมเสียอีก และมีน้ำหนักต่ำกว่า 250 กรัมต่อชิ้น พิมพ์ออกมาทั้งหมด 4 แท่ง แต่ละแท่งจะใช้เวลาพิมพ์รวมแท่งละ 40 ชั่วโมง แต่การดำเนินงานจริงจะนานกว่านั้น เนื่องจากตัวเครื่องถูกออกแบบให้ทำงานได้แค่วันละ 4 ชั่วโมงเนื่องจากข้อกำหนดเรื่องเสียงภายในสถานีอวกาศนานาชาติ เนื่องจากตู้พิมพ์นี้สร้างเสียงรบกวนที่ดังมาก จึงส่งผลให้แต่ละชิ้นงานใช้เวลาในการพิมพ์มากกว่าหนึ่งสัปดาห์

metal 3d print Airbus Defence and Space SAS

หลังจากเสร็จสิ้นการพิมพ์แล้ว ชิ้นงานโลหะเหล่านี้จะถูกส่งกลับโลกสำหรับตรวจสอบคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของชิ้นงานว่าเหมือนกันกับชิ้นที่ถูกพิมพ์บนโลกหรือไม่ เพื่อทำความเข้าใจลักษณะการก่อตัวของชิ้นงานโลหะภายในอวกาศและคุณสมบัติด้านการพิมพ์ เพื่องานการพิมพ์ในอวกาศในอนาคต

นี่คือก้าวสำคัญของการสำรวจอวกาศลึก เพราะการสำรวจอวกาศลึกและยาวนานนั้นยากต่อการบำรุงรักษาอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในยานให้มีสภาพที่ดีเหมือนใหม่ได้ตลอดเวลา อีกทั้งการสำรองอะไหล่สำหรับอุปกรณ์ชิ้นส่วนต่าง ๆ ก็เป็นการเพิ่มน้ำหนักบรรทุกให้กับยานอวกาศโดยเปล่าประโยชน์ การที่เราสามารถพิมพ์ชิ้นงานอะไหล่ของอุปกรณ์ที่เสียหายบนยานอวกาศและซ่อมบำรุงมันได้เลยโดยทันที ก็จะนับว่าเป็นประโยชน์กับตัวภารกิจที่สามารถสานต่อได้โดยทันทีและนำทางไปสู่การตั้งถิ่นที่อยู่อาศัยของมนุษย์นอกโลกในระยะยาวอีกด้วย

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

ที่มาข้อมูล: airbus, esa

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ครั้งแรก ! “พิมพ์ชิ้นงานโลหะ 3 มิติ” ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติบน “สถานีอวกาศนานาชาติ”