Уште од 20 век, човечката раса е фасцинирана од истражувањето на вселената и разбирањето што лежи надвор од Земјата. Големи организации како што се НАСА и ЕСА се на чело на истражувањето на вселената, а друг важен играч во ова освојување е 3Д печатењето. Со можноста за брзо производство на сложени делови по ниска цена, оваа технологија за дизајн станува сè попопуларна кај компаниите. Таа овозможува создавање на многу апликации, како што се сателити, вселенски одела и компоненти за ракети. Всушност, според SmarTech, се очекува пазарната вредност на адитивното производство во приватната вселенска индустрија да достигне 2,1 милијарди евра до 2026 година. Ова го поставува прашањето: Како 3Д печатењето може да им помогне на луѓето да се истакнат во вселената?
Првично, 3D печатењето главно се користеше за брзо прототипирање во медицинската, автомобилската и воздухопловната индустрија. Меѓутоа, како што технологијата станува сè пораспространета, таа се користи сè повеќе за компоненти со крајна намена. Технологијата за производство на метални адитиви, особено L-PBF, овозможи производство на различни метали со карактеристики и издржливост погодни за екстремни вселенски услови. Други технологии за 3D печатење, како што се DED, млазници за врзување и процес на екструдирање, се користат и во производството на воздухопловни компоненти. Во последниве години, се појавија нови бизнис модели, при што компании како што се Made in Space и Relativity Space користат технологија за 3D печатење за дизајнирање воздухопловни компоненти.
Relativity Space развива 3D печатач за воздухопловната индустрија
3D технологија за печатење во воздухопловството
Сега кога ги претставивме, да ги разгледаме подетално различните технологии за 3D печатење што се користат во воздухопловната индустрија. Прво, треба да се напомене дека производството на метални адитиви, особено L-PBF, е најшироко користено во оваа област. Овој процес вклучува користење на ласерска енергија за фузирање на метален прав слој по слој. Особено е погоден за производство на мали, сложени, прецизни и прилагодени делови. Аерокосмичките производители исто така можат да имаат корист од DED, што вклучува депонирање на метална жица или прав и главно се користи за поправка, премачкување или производство на прилагодени метални или керамички делови.
Спротивно на тоа, млазницата со врзивно средство, иако е поволна во однос на брзината на производство и ниската цена, не е погодна за производство на високо-перформансни механички делови бидејќи бара чекори за зајакнување по обработката што го зголемуваат времето на производство на финалниот производ. Технологијата на екструзија е ефикасна и во вселенската средина. Треба да се напомене дека не сите полимери се погодни за употреба во вселената, но високо-перформансните пластики како што е PEEK можат да заменат некои метални делови поради нивната цврстина. Сепак, овој процес на 3D печатење сè уште не е многу распространет, но може да стане вредна предност за истражување на вселената со користење на нови материјали.
Ласерско фузија во правлив слој (L-PBF) е широко користена технологија во 3D печатењето за воздухопловството.
Потенцијал на вселенските материјали
Аерокосмичката индустрија истражува нови материјали преку 3D печатење, предлагајќи иновативни алтернативи што можат да го нарушат пазарот. Додека металите како што се титаниум, алуминиум и легури на никел-хром отсекогаш биле главен фокус, нов материјал наскоро може да го привлече вниманието: лунарниот реголит. Лунарниот реголит е слој прашина што ја покрива Месечината, а ESA ги демонстрираше придобивките од неговото комбинирање со 3D печатење. Адвенит Макаја, виш инженер за производство на ESA, го опишува лунарниот реголит како сличен на бетон, првенствено составен од силициум и други хемиски елементи како што се железо, магнезиум, алуминиум и кислород. ESA соработува со Lithoz за производство на мали функционални делови како што се завртки и запчаници користејќи симулиран лунарен реголит со својства слични на вистинската месечева прашина.
Повеќето процеси вклучени во производството на лунарен реголит користат топлина, што го прави компатибилен со технологии како што се SLS и решенија за печатење со прашкасто лепење. ESA исто така користи технологија D-Shape со цел да произведува цврсти делови со мешање на магнезиум хлорид со материјали и комбинирање со магнезиум оксид што се наоѓа во симулираниот примерок. Една од значајните предности на овој месечев материјал е неговата пофина резолуција на печатење, што му овозможува да произведува делови со највисока прецизност. Оваа карактеристика би можела да стане примарен адут во проширувањето на опсегот на апликации и производство на компоненти за идните лунарни бази.
Лунарниот реголит е насекаде
Исто така, постои и марсовски реголит, што се однесува на подземен материјал пронајден на Марс. Во моментов, меѓународните вселенски агенции не можат да го обноват овој материјал, но тоа не ги спречи научниците да го истражуваат неговиот потенцијал во одредени воздухопловни проекти. Истражувачите користат симулирани примероци од овој материјал и го комбинираат со легура на титаниум за да произведат алатки или компоненти на ракети. Првичните резултати покажуваат дека овој материјал ќе обезбеди поголема цврстина и ќе ја заштити опремата од 'рѓосување и оштетување од зрачење. Иако овие два материјали имаат слични својства, лунарниот реголит е сè уште најтестираниот материјал. Друга предност е што овие материјали можат да се произведуваат на лице место без потреба од транспорт на суровини од Земјата. Покрај тоа, реголитот е неисцрпен извор на материјал, помагајќи да се спречи недостигот.
Примената на технологијата за 3D печатење во воздухопловната индустрија
Примената на технологијата за 3D печатење во воздухопловната индустрија може да варира во зависност од специфичниот процес што се користи. На пример, ласерската фузија во правлив слој (L-PBF) може да се користи за производство на сложени краткорочни делови, како што се системи на алатки или резервни делови за вселената. Launcher, стартап компанија со седиште во Калифорнија, ја користеше технологијата за 3D печатење од сафир-метал на Velo3D за да го подобри својот течен ракетен мотор E-2. Процесот на производителот беше користен за создавање на индукциската турбина, која игра клучна улога во забрзувањето и внесувањето на LOX (течен кислород) во комората за согорување. Турбината и сензорот беа испечатени со технологија за 3D печатење, а потоа склопени. Оваа иновативна компонента ѝ обезбедува на ракетата поголем проток на флуид и поголем потисок, што ја прави суштински дел од моторот.
Velo3D придонесе за употребата на PBF технологијата во производството на течниот ракетен мотор E-2.
Адитивното производство има широка примена, вклучително и производство на мали и големи конструкции. На пример, технологиите за 3D печатење, како што е решението Stargate на Relativity Space, можат да се користат за производство на големи делови како што се резервоари за гориво за ракети и лопатки на пропелери. Relativity Space го докажа ова преку успешното производство на Terran 1, ракета речиси целосно печатена со 3D, вклучувајќи резервоар за гориво долг неколку метри. Неговото прво лансирање на 23 март 2023 година ја демонстрираше ефикасноста и сигурноста на процесите на адитивно производство.
Технологијата за 3D печатење базирана на екструзија, исто така, овозможува производство на делови со употреба на високо-перформансни материјали како што е PEEK. Компонентите направени од овој термопластичен материјал веќе се тестирани во вселената и беа поставени на роверот „Рашид“ како дел од лунарната мисија на ОАЕ. Целта на овој тест беше да се процени отпорноста на PEEK на екстремни лунарни услови. Доколку е успешен, PEEK може да биде во можност да ги замени металните делови во ситуации каде што металните делови се кршат или материјалите се оскудни. Дополнително, лесните својства на PEEK може да бидат од вредност во истражувањето на вселената.
Технологијата за 3D печатење може да се користи за производство на различни делови за воздухопловната индустрија.
Предности на 3D печатењето во воздухопловната индустрија
Предностите на 3D печатењето во воздухопловната индустрија вклучуваат подобрен конечен изглед на деловите во споредба со традиционалните техники на градење. Јоханес Хома, извршен директор на австрискиот производител на 3D печатачи Lithoz, изјави дека „оваа технологија ги прави деловите полесни“. Поради слободата на дизајнирање, 3D печатените производи се поефикасни и бараат помалку ресурси. Ова има позитивно влијание врз влијанието врз животната средина од производството на делови. Relativity Space покажа дека адитивното производство може значително да го намали бројот на компоненти потребни за производство на вселенски летала. За ракетата Terran 1 беа зачувани 100 делови. Покрај тоа, оваа технологија има значајни предности во брзината на производство, при што ракетата се завршува за помалку од 60 дена. Спротивно на тоа, производството на ракета со употреба на традиционални методи може да трае неколку години.
Во однос на управувањето со ресурсите, 3D печатењето може да заштеди материјали, а во некои случаи дури и да овозможи рециклирање на отпадот. Конечно, адитивното производство може да стане вредна предност за намалување на тежината при полетување на ракетите. Целта е да се максимизира употребата на локални материјали, како што е реголитот, и да се минимизира транспортот на материјали во рамките на вселенските летала. Ова овозможува носење само на 3D печатач, кој може да создаде сè на лице место по патувањето.
„Made in Space“ веќе испрати еден од своите 3D печатачи во вселената на тестирање.
Ограничувања на 3D печатењето во вселената
Иако 3D печатењето има многу предности, технологијата е сè уште релативно нова и има ограничувања. Адвенит Макаја изјави: „Еден од главните проблеми со адитивното производство во воздухопловната индустрија е контролата и валидацијата на процесот“. Производителите можат да влезат во лабораторијата и да ја тестираат цврстината, сигурноста и микроструктурата на секој дел пред валидацијата, процес познат како недеструктивно тестирање (NDT). Сепак, ова може да биде и одзема многу време и скапо, па затоа крајната цел е да се намали потребата од овие тестови. НАСА неодамна основа центар за решавање на ова прашање, фокусиран на брза сертификација на метални компоненти произведени со адитивно производство. Центарот има за цел да користи дигитални близнаци за подобрување на компјутерските модели на производи, што ќе им помогне на инженерите подобро да ги разберат перформансите и ограничувањата на деловите, вклучително и колку притисок можат да издржат пред кршење. Со тоа, центарот се надева дека ќе помогне во промовирањето на примената на 3D печатењето во воздухопловната индустрија, правејќи го поефикасен во конкуренцијата со традиционалните техники на производство.
Овие компоненти се подложени на сеопфатно тестирање на сигурност и цврстина.
Од друга страна, процесот на верификација е различен ако производството се врши во вселената. Адвенит Макаја од ESA објаснува: „Постои техника што вклучува анализа на деловите за време на печатењето“. Овој метод помага да се утврди кои печатени производи се соодветни, а кои не. Дополнително, постои систем за самокорекција за 3D печатачи наменети за вселената и се тестира на метални машини. Овој систем може да идентификува потенцијални грешки во процесот на производство и автоматски да ги модифицира своите параметри за да ги исправи сите дефекти во делот. Се очекува овие два система да ја подобрат сигурноста на печатените производи во вселената.
За да се валидираат решенијата за 3D печатење, НАСА и ЕСА воспоставија стандарди. Овие стандарди вклучуваат серија тестови за да се утврди сигурноста на деловите. Тие ја земаат предвид технологијата за фузија во правлив слој и ја ажурираат за други процеси. Сепак, многу големи играчи во индустријата за материјали, како што се Аркема, БАСФ, Дупонт и Сабик, исто така обезбедуваат оваа следливост.
Живеење во вселената?
Со напредокот на технологијата за 3D печатење, видовме многу успешни проекти на Земјата кои ја користат оваа технологија за изградба на куќи. Ова нè тера да се запрашаме дали овој процес би можел да се користи во блиска или далечна иднина за изградба на населливи структури во вселената. Иако живеењето во вселената во моментов е нереално, градењето куќи, особено на Месечината, може да биде корисно за астронаутите при извршување на вселенски мисии. Целта на Европската вселенска агенција (ESA) е да изгради куполи на Месечината користејќи лунарен реголит, кој може да се користи за изградба на ѕидови или тули за заштита на астронаутите од зрачење. Според Адвенит Макаја од ESA, лунарниот реголит е составен од околу 60% метал и 40% кислород и е суштински материјал за преживување на астронаутите бидејќи може да обезбеди бесконечен извор на кислород ако се извлече од овој материјал.
НАСА додели грант од 57,2 милиони долари на ICON за развој на систем за 3D печатење за градење структури на површината на Месечината, а исто така соработува со компанијата за создавање живеалиште на Марс Дина Алфа. Целта е да се тестираат условите за живот на Марс со тоа што волонтерите ќе живеат во живеалиште една година, симулирајќи ги условите на Црвената планета. Овие напори претставуваат критични чекори кон директно градење на 3D печатени структури на Месечината и Марс, што на крајот би можело да го отвори патот за колонизација на вселената од страна на луѓето.
Во далечната иднина, овие куќи би можеле да овозможат живот да преживее во вселената.
Време на објавување: 14 јуни 2023 година
