Определение скорости охлаждения пластика при 3D печати в космосе

Автор: Михаил Алексеевич Саньков

Соавторы: Татусь Н. А.

Организация: Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва, Россия

В условиях микрогравитации отсутствует естественная конвекция и теплопроводность, и раскалённый экструдированный пластик остывает исключительно за счёт излучения. Это резко замедляет достижение порога затвердевания. Если следующий слой наносится на материал, не успевший остыть ниже температуры стеклования, деталь теряет геометрию: под влиянием нового слоя полужидкая основа деформируется, что ведёт к “расползанию” стенок и нарушению точности печати.

Без научных данных о реальной скорости охлаждения в вакууме невозможно рассчитать оптимальную паузу между слоями. Исследование необходимо, чтобы гарантировать послойную стабильность и создать надёжную технологию орбитального производства взамен доставки грузов с Земли [1].

В работе рассмотрен одномерный стержень постоянной и переменной длины. Определена его скорость охлаждения в вакууме на основе закона Фурье и закона Стефана-Больцмана [2]. Краевая задача, полученная в результате анализа законов и физической постановки задачи, решена методом конечных разностей. Также произведено решение методом конечных элементов. Проведено сравнение с известной скоростью охлаждения пластика в земных условиях. Как результат, определена допустимая скорость печати пластиком ABS в космосе.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России Соглашение № 075-15 2025-646 от 20.08.2025 г. 

1.       Полилов А.Н., Татусь Н.А., Тян Шиаюнг Анализ эффективности композитных структур для космических конструкций, способных запасать упругую энергию // Труды МАИ. 2025.  № 4.

2.       Авдуевский В.С., Галицейский Б.М. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике // М., “Машиностроение”, 1975 с. 624.