Det är inte riktigt som att be "Tea, Earl Grey, hot" och att få en ångande drink att dyka upp, men nästan. "Du börjar med en ritning av den del du vill bygga, du trycker på en knapp, och ut kommer delen", sa Karen Taminger, teknikledaren för NASA: s grundläggande luftfartygsprogram.
Electron Beam Freeform Fabrication eller EBF3150 skapar delar för flygplan - inte mat och dryck - och använder en miljövänlig konstruktionsprocess för att tillverka skiktade metallföremål. Denna teknik kan revolutionera flygindustrin och kan ha applikationer för det framtida rymdskeppet och medicinska samfundet också. Det kan användas för att tillverka små detaljerade delar eller stora strukturella flygplan.
EBF3150 arbetar i en vakuumkammare, där en elektronstråle är fokuserad på en konstant matningskälla av metall, som smälts och appliceras sedan lager för lager ovanpå en roterande yta tills delen är klar. En detaljerad tredimensionell tvärsnittsritning av delen matas in i enhetens dator, med information om hur delen ska byggas inifrån och ut. Detta leder elektronstrålen och tillflödet av metall för att producera föremålet och bygga upp det lager för lager.
Kommersiella applikationer för EBF3150 är redan kända och dess potential har redan testats, sade Taminger, och noterade att det är möjligt att inom några år kommer några flygplan att flyga med delar tillverkade av denna process.
De använda metallerna måste vara kompatibla med elektronstrålen så att den kan värmas upp av energiströmmen och kort förvandlas till flytande form. Aluminium är ett idealiskt material som ska användas, men andra metaller kan också användas. Faktum är att EBF3150 kan hantera två olika källor till matningsmetallen samtidigt, antingen genom att blanda dem i en unik legering eller bädda in ett material i ett annat, såsom att sätta in en tråd av fiberoptiskt glas i en aluminiumdel, vilket möjliggör placering av sensorer i områden som var omöjliga tidigare, sade Taminger.
Medan EBF3-utrustningen som testats på marken är ganska stor och tung, skapades en mindre version och testades framgångsrikt på en NASA-jet som används för att förse forskare med korta perioder av viktlöshet. Nästa steg är att flyga en demonstration av hårdvaran på den internationella rymdstationen, sade Taminger.
Framtida månbasbesättningar kan använda EBF3 för att tillverka reservdelar efter behov, snarare än att förlita sig på en leverans av delar som sjösätts från jorden. Astronauter kanske kan bryta fodermaterial från månjord eller till och med återvinna återvinningsstadier genom att smälta dem.
Men den omedelbara och största potentialen för processen är inom flygindustrin där stora strukturella segment av en flygplan, eller höljen för en jetmotor, kan tillverkas för cirka 1 000 dollar per pund mindre än konventionella medel, sade Taminger.
Enheten är miljövänlig eftersom dess unika tillverkningsteknik minskar mängden avfall. Normalt kan en flygplansbyggare börja med ett 6 000-kilos block av titan och bearbeta det till en 300-kilos del, vilket lämnar 5 700 kilo material som måste återvinnas och använder flera tusen gallons skärvätska som används i processen.
"Med EBF3 kan du bygga upp samma del med bara 350 kilo titan och maskin bort bara 50 pund för att få delen till sin slutliga konfiguration," sade Taminger. "Och EBF3-processen använder mycket mindre el för att skapa samma del."
Även om de ursprungliga delarna för flygindustrin kommer att vara enkla former, kan ersättning av redan konstruerade delar, framtida delar som designats från grunden med EBF3150-processen i åtanke leda till förbättringar av jetmotorns effektivitet, bränsleförbränningshastighet och komponentens livslängd.
"Det finns mycket kraft i att kunna bygga upp din del lager för lager eftersom du kan få inre håligheter och komplexiteter som inte är möjliga med bearbetning från ett fast materialblock," sade Taminger.
För mer information, se Karen Tamingers presentation på EBF3150.
Källa: NASA
