空间制造中光聚合物的热行为建模
材料科学
2026-01-22 v1 应用物理
摘要
未来的长期太空任务将需要工具和部件的原位按需制造。基于光聚合物的工艺因其低能耗、体积效率和对固化的精确控制而对此具有吸引力。然而，光聚合会产生大量热量，在没有自然对流的微重力环境中难以调节，导致表面起泡和变形等缺陷。在这项工作中，我们结合实验研究和建模来解决这些热挑战。我们报告了来自国际空间站 (ISS) 实验和专门的抛物线飞行活动的结果，这些结果证实了微重力下受抑制的对流换热加剧了热量积聚和缺陷形成。基于这些观察，我们提出了一个预测性热模型，该模型耦合了传热、光吸收和演变的材料属性，以模拟陆地和微重力条件下的聚合和温度演变。实验室验证表明模型预测与测量的温度分布之间具有高度一致性。将该模型应用于 ISS 实验，我们表明该模型准确地再现了在 TJ-3704A（一种商用丙烯酸酯基聚合物树脂）中实验观察到的起泡现象，同时预测了 Norland 光学粘合剂的无缺陷结果。该模型可作为无缺陷空间制造的设计工具，能够选择共同抑制过量热量积聚的聚合物属性、曝光策略和环境条件，为未来任务期间可扩展、可靠的原位制造铺平道路。
引用
@article{arxiv.2601.14897,
title = {Modeling the Thermal Behavior of Photopolymers for In-Space Fabrication},
author = {Jonathan Ericson and Daniel Widerker and Eytan Stibbe and Mor Elgarisi and Yotam Katzman and Omer Luria and Khaled Gommed and Alexey Razin and Amos A. Hari and Israel Gabay and Valeri Frumkin and Hanan Abu Hamad and Ester Segal and Yaron Amouyal and Titus Szobody and Rachel Ticknor and Edward Balaban and Moran Bercovici},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.14897},
year = {2026}
}