Од 20 век, човечката раса е фасцинирана со истражување на вселената и разбирање на она што се наоѓа надвор од Земјата.Големите организации како НАСА и ЕСА беа во првите редови во истражувањето на вселената, а уште еден важен играч во ова освојување е 3D печатењето.Со способноста за брзо производство на сложени делови по ниска цена, оваа дизајнерска технологија станува сè попопуларна во компаниите.Овозможува создавање на многу апликации, како што се сателити, вселенски одела и ракетни компоненти.Всушност, според SmarTech, пазарната вредност на производството на адитиви во приватната вселенска индустрија се очекува да достигне 2,1 милијарди евра до 2026 година. Ова го поставува прашањето: Како може 3D печатењето да им помогне на луѓето да се истакнат во вселената?
Првично, 3D печатењето главно се користеше за брзо создавање прототипови во медицинската, автомобилската и воздушната индустрија.Меѓутоа, како што технологијата стана се пораспространета, таа се повеќе се користи за компоненти за финална 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, млаз на врзиво и процес на истиснување, исто така се користат во производството на компоненти за воздушна просторија.Во последниве години, се појавија нови деловни модели, при што компаниите како Made in Space и Relativity Space користат технологија за 3D печатење за дизајнирање на воздушни компоненти.
Relativity Space развива 3D печатач за воздушната индустрија
Технологија на 3D печатење во воздушната
Сега кога ги воведовме, ајде внимателно да ги разгледаме различните технологии за 3D печатење што се користат во воздушната индустрија.Прво, треба да се забележи дека производството на метални адитиви, особено L-PBF, е најшироко користено во оваа област.Овој процес вклучува користење на ласерска енергија за спојување на метален прав слој по слој.Тој е особено погоден за производство на мали, сложени, прецизни и прилагодени делови.Воздухопловните производители исто така можат да имаат корист од DED, кој вклучува депонирање на метална жица или прав и главно се користи за поправка, обложување или производство на прилагодени метални или керамички делови.
Спротивно на тоа, млазницата со врзиво, иако е поволна во однос на брзината на производството и ниската цена, не е погодна за производство на механички делови со високи перформанси бидејќи бара чекори за зајакнување по обработката што го зголемуваат времето на производство на финалниот производ.Технологијата на истиснување е ефикасна и во вселенската средина.Треба да се напомене дека не сите полимери се погодни за употреба во вселената, но пластиката со високи перформанси како што е PEEK може да замени некои метални делови поради нивната цврстина.Сепак, овој процес на 3D печатење сè уште не е многу распространет, но може да стане драгоцено богатство за истражување на вселената со користење на нови материјали.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) е широко користена технологија во 3D печатење за воздушната вселена.
Потенцијал на вселенски материјали
Воздухопловната индустрија истражува нови материјали преку 3D печатење, предлагајќи иновативни алтернативи кои може да го нарушат пазарот.Додека металите како што се титаниум, алуминиум и легури на никел-хром отсекогаш биле главниот фокус, нов материјал наскоро може да го украде центарот на вниманието: лунарниот реголит.Месечевиот реголит е слој од прашина што ја покрива Месечината, а ESA ги покажа придобивките од неговото комбинирање со 3D печатење.Адвенит Макаја, висок производствен инженер на ESA, го опишува лунарниот реголит како сличен на бетонот, 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 прашината од вистинската месечина.
Повеќето од процесите вклучени во производството на лунарен реголит користат топлина, што го прави компатибилен со технологии како што се SLS и решенија за печатење за врзување во прав.ESA исто така користи технологија D-Shape со цел да произведе цврсти делови со мешање на магнезиум хлорид со материјали и комбинирање со магнезиум оксид пронајден во симулираниот примерок.Една од значајните предности на овој месечев материјал е неговата пофина резолуција, што му овозможува да произведува делови со најголема прецизност.Оваа карактеристика може да стане примарна предност во проширувањето на опсегот на апликации и производство на компоненти за идните лунарни бази.
Месечевиот реголит е насекаде
Постои и марсовски реголит, кој се однесува на подземниот материјал пронајден на Марс.Во моментов, меѓународните вселенски агенции не можат да го вратат овој материјал, но тоа не ги спречи научниците да го истражуваат неговиот потенцијал во одредени воздушни проекти.Истражувачите користат симулирани примероци од овој материјал и го комбинираат со легура на титаниум за да произведат алатки или ракетни компоненти.Првичните резултати покажуваат дека овој материјал ќе обезбеди поголема цврстина и ќе ја заштити опремата од рѓосување и оштетување од радијација.Иако овие два материјали имаат слични својства, лунарниот реголит сè уште е најпроверуваниот материјал.Друга предност е што овие материјали може да се произведуваат на лице место без потреба од транспорт на суровини од Земјата.Покрај тоа, реголитот е неисцрпен материјален извор, кој помага да се спречи недостигот.
Примените на технологијата за 3D печатење во воздушната индустрија
Примената на технологијата за 3D печатење во воздушната индустрија може да варираат во зависност од специфичниот процес што се користи.На пример, ласерската фузија на креветот во прав (L-PBF) може да се користи за производство на сложени краткорочни делови, како што се системи за алати или резервни делови за простор.Launcher, стартап со седиште во Калифорнија, ја користеше технологијата за 3D печатење со сафир-метал на Velo3D за да го подобри својот течен ракетен мотор Е-2.Процесот на производителот беше искористен за создавање на индукциска турбина, која игра клучна улога во забрзувањето и возењето на LOX (течен кислород) во комората за согорување.Турбината и сензорот беа испечатени со помош на технологија за 3D печатење, а потоа склопени.Оваа иновативна компонента и обезбедува на ракетата поголем проток на течност и поголем потисок, што го прави суштински дел од моторот
Velo3D придонесе за употреба на технологијата PBF во производството на течниот ракетен мотор Е-2.
Производството на адитиви има широка примена, вклучително и производство на мали и големи структури.На пример, технологиите за 3D печатење како што е решението Stargate на Relativity Space може да се користат за производство на големи делови како што се резервоари за ракетно гориво и сечила на пропелери.Релативност Спејс тоа го докажа преку успешното производство на Terran 1, речиси целосно 3Д-печатена ракета, вклучувајќи и резервоар за гориво долг неколку метри.Неговото прво лансирање на 23 март 2023 година, ја покажа ефикасноста и доверливоста на процесите на производство на адитиви.
Технологијата за 3D печатење базирана на истиснување, исто така, овозможува производство на делови користејќи материјали со високи перформанси како што е PEEK.Компонентите направени од оваа термопластика се веќе тестирани во вселената и беа поставени на роверот Рашид како дел од мисијата на Месечината на ОАЕ.Целта на овој тест беше да се оцени отпорноста на PEEK на екстремни лунарни услови.Доколку е успешен, PEEK може да може да ги замени металните делови во ситуации кога металните делови се кршат или материјалите се ретки.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 воздушната индустрија.
Предности на 3D печатење во воздушната индустрија
Предностите на 3D печатењето во воздушната индустрија вклучуваат подобрен финален изглед на делови во споредба со традиционалните градежни техники.Јоханес Хома, извршен директор на австрискиот производител на 3D печатачи Lithoz, изјави дека „оваа технологија ги прави деловите полесни“.Поради слободата на дизајнот, 3D печатените производи се поефикасни и бараат помалку ресурси.Ова има позитивно влијание врз влијанието врз животната средина на производството на делови.Relativity Space покажа дека производството на адитиви 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 значителни предности во брзината на производство, со тоа што ракетата е завршена за помалку од 60 дена.Спротивно на тоа, производството на ракета со традиционални методи може да потрае неколку години.
Што се однесува до управувањето со ресурсите, 3D печатењето може да заштеди материјали, а во некои случаи дури и да овозможи рециклирање на отпадот.Конечно, производството на адитиви може да стане вредно средство за намалување на тежината на ракетите при полетување.Целта е да се максимизира употребата на локални материјали, како што е реголит, и да се минимизира транспортот на материјали во вселенските летала.Ова овозможува да се носи само 3D печатач, кој може да создаде сè на лице место по патувањето.
Made in Space веќе испрати еден од нивните 3D принтери во вселената на тестирање.
Ограничувања на 3D печатење во вселената
Иако 3D печатењето има многу предности, технологијата сè уште е релативно нова и има ограничувања.Адвенит Макаја изјави: „Еден од главните проблеми со производството на адитиви во воздушната индустрија е контролата и валидацијата на процесот“.Производителите можат да влезат во лабораторијата и да ја тестираат силата, сигурноста и микроструктурата на секој дел пред валидацијата, процес познат како недеструктивно тестирање (NDT).Сепак, ова може да одземе време и скапо, така што крајната цел е да се намали потребата за овие тестови.НАСА неодамна формираше центар за решавање на ова прашање, фокусиран на брзото сертифицирање на металните компоненти произведени со производство на адитиви.Центарот има за цел да користи дигитални близнаци за да ги подобри компјутерските модели на производи, што ќе им помогне на инженерите подобро да ги разберат перформансите и ограничувањата на деловите, вклучително и колкав притисок можат да издржат пред фрактурата.Со тоа, центарот се надева дека ќе помогне да се промовира примената на 3D печатење во воздушната индустрија, што ќе го направи поефективен во конкуренција со традиционалните техники на производство.
Овие компоненти биле подложени на сеопфатно тестирање на сигурност и сила.
Од друга страна, процесот на верификација е различен ако производството се врши во вселената.Адвенит Макаја од ESA објаснува: „Постои техника која вклучува анализа на деловите за време на печатењето.Овој метод помага да се одреди кои печатени производи се соодветни, а кои не.Дополнително, има систем за самокорекција на 3Д принтери наменет за вселената и се тестира на метални машини.Овој систем може да ги идентификува потенцијалните грешки во процесот на производство и автоматски да ги менува своите параметри за да ги исправи сите дефекти на делот.Овие два системи се очекува да ја подобрат доверливоста на печатените производи во вселената.
За да ги потврдат решенијата за 3D печатење, НАСА и ЕСА воспоставија стандарди.Овие стандарди вклучуваат серија тестови за одредување на веродостојноста на деловите.Тие ја разгледуваат технологијата за фузија на кревети во прав и ги ажурираат за други процеси.Сепак, многу големи играчи во индустријата за материјали, како што се Arkema, BASF, Dupont и Sabic, исто така ја 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 објекти за живеење во вселената.Иако живеењето во вселената во моментов е нереално, градењето куќи, особено на Месечината, може да биде корисно за астронаутите во извршувањето на вселенските 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 радијација.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 доколку се извлече од овој материјал.
НАСА додели грант од 57,2 милиони долари на ICON за развој на систем за 3Д печатење за градење структури на површината на Месечината и 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 волонтери ќе живеат во живеалиште една година, симулирајќи услови на Црвената планета.Овие напори претставуваат критични чекори кон директно конструирање 3Д печатени структури на Месечината и Марс, што на крајот би можело да го отвори патот за колонизација на човечката вселена.
Во далечна иднина, овие куќи би можеле да овозможат животот да преживее во вселената.
Време на објавување: Јуни-14-2023 година