Mis-seklu 20 'l hawn, ir-razza umana kienet affaxxinata bl-esplorazzjoni tal-ispazju u l-fehim ta' x'hemm lil hinn mid-Dinja. Organizzazzjonijiet ewlenin bħan-NASA u l-ESA kienu fuq quddiem nett fl-esplorazzjoni tal-ispazju, u attur importanti ieħor f'din il-konkwista huwa l-istampar 3D. Bil-kapaċità li tipproduċi malajr partijiet kumplessi bi prezz baxx, din it-teknoloġija tad-disinn qed issir dejjem aktar popolari fil-kumpaniji. Tagħmel il-ħolqien ta' ħafna applikazzjonijiet possibbli, bħal satelliti, ilbiesi spazjali, u komponenti tar-rokits. Fil-fatt, skont SmarTech, il-valur tas-suq tal-manifattura addittiva tal-industrija spazjali privata huwa mistenni li jilħaq €2.1 biljun sal-2026. Dan iqajjem il-mistoqsija: Kif jista' l-istampar 3D jgħin lill-bnedmin jeċċellaw fl-ispazju?
Inizjalment, l-istampar 3D kien prinċipalment użat għall-prototipar rapidu fl-industriji mediċi, tal-karozzi, u tal-ajruspazju. Madankollu, hekk kif it-teknoloġija saret aktar mifruxa, qed tintuża dejjem aktar għal komponenti bi skop finali. It-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-metall, partikolarment L-PBF, ippermettiet il-produzzjoni ta’ varjetà ta’ metalli b’karatteristiċi u durabilità adattati għal kundizzjonijiet spazjali estremi. Teknoloġiji oħra tal-istampar 3D, bħal DED, binder jetting, u proċess ta’ estrużjoni, jintużaw ukoll fil-manifattura ta’ komponenti tal-ajruspazju. Fi snin reċenti, ħarġu mudelli ta’ negozju ġodda, b’kumpaniji bħal Made in Space u Relativity Space jużaw it-teknoloġija tal-istampar 3D biex jiddisinjaw komponenti tal-ajruspazju.
Relativity Space qed tiżviluppa printer 3D għall-industrija aerospazjali
Teknoloġija tal-istampar 3D fl-ajruspazju
Issa li introduċejnahom, ejja nagħtu ħarsa aktar mill-qrib lejn id-diversi teknoloġiji tal-istampar 3D użati fl-industrija aerospazjali. L-ewwel, għandu jiġi nnutat li l-manifattura addittiva tal-metall, speċjalment L-PBF, hija l-aktar waħda użata f'dan il-qasam. Dan il-proċess jinvolvi l-użu tal-enerġija tal-lejżer biex tgħaqqad it-trab tal-metall saff b'saff. Huwa adattat b'mod speċjali għall-produzzjoni ta' partijiet żgħar, kumplessi, preċiżi u personalizzati. Il-manifatturi tal-ajruspazju jistgħu jibbenefikaw ukoll mid-DED, li jinvolvi d-depożitu ta' wajer jew trab tal-metall u jintuża prinċipalment għat-tiswija, il-kisi jew il-produzzjoni ta' partijiet tal-metall jew taċ-ċeramika personalizzati.
B'kuntrast, il-ġettjar tal-binders, għalkemm vantaġġjuż f'termini ta' veloċità tal-produzzjoni u spiża baxxa, mhuwiex adattat għall-produzzjoni ta' partijiet mekkaniċi ta' prestazzjoni għolja għaliex jeħtieġ passi ta' tisħiħ wara l-ipproċessar li jżidu l-ħin tal-manifattura tal-prodott finali. It-teknoloġija tal-estrużjoni hija effettiva wkoll fl-ambjent spazjali. Ta' min jinnota li mhux il-polimeri kollha huma adattati għall-użu fl-ispazju, iżda plastiks ta' prestazzjoni għolja bħall-PEEK jistgħu jissostitwixxu xi partijiet tal-metall minħabba s-saħħa tagħhom. Madankollu, dan il-proċess tal-istampar 3D għadu mhux mifrux ħafna, iżda jista' jsir assi siewi għall-esplorazzjoni tal-ispazju billi jintużaw materjali ġodda.
Il-Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) hija teknoloġija użata ħafna fl-istampar 3D għall-aerospazju.
Il-Potenzjal tal-Materjali Spazjali
L-industrija aerospazjali ilha tesplora materjali ġodda permezz tal-istampar 3D, u tipproponi alternattivi innovattivi li jistgħu jfixklu s-suq. Filwaqt li metalli bħat-titanju, l-aluminju, u l-ligi tan-nikil-kromju dejjem kienu l-fokus ewlieni, materjal ġdid dalwaqt jista’ jisraq l-attenzjoni: ir-regolit lunari. Ir-regolit lunari huwa saff ta’ trab li jkopri l-qamar, u l-ESA wriet il-benefiċċji tal-kombinazzjoni tiegħu mal-istampar 3D. Advenit Makaya, inġinier anzjan tal-manifattura tal-ESA, jiddeskrivi r-regolit lunari bħala simili għall-konkrit, primarjament magħmul minn silikon u elementi kimiċi oħra bħall-ħadid, il-manjeżju, l-aluminju, u l-ossiġnu. L-ESA ssieħbet ma’ Lithoz biex tipproduċi partijiet funzjonali żgħar bħal viti u gerijiet bl-użu ta’ regolit lunari simulat bi proprjetajiet simili għat-trab tal-qamar reali.
Il-biċċa l-kbira tal-proċessi involuti fil-manifattura tar-regolit lunari jużaw is-sħana, u dan jagħmilha kompatibbli ma’ teknoloġiji bħall-SLS u soluzzjonijiet tal-istampar bit-twaħħil tat-trab. L-ESA qed tuża wkoll it-teknoloġija D-Shape bil-għan li tipproduċi partijiet solidi billi tħallat il-klorur tal-manjeżju ma’ materjali u tgħaqqadha mal-ossidu tal-manjeżju li jinsab fil-kampjun simulat. Wieħed mill-vantaġġi sinifikanti ta’ dan il-materjal lunari huwa r-riżoluzzjoni tal-istampar aktar fina tiegħu, li tippermettilu jipproduċi partijiet bl-ogħla preċiżjoni. Din il-karatteristika tista’ ssir l-assi primarju fl-espansjoni tal-firxa ta’ applikazzjonijiet u l-manifattura tal-komponenti għal bażijiet lunari futuri.
Ir-Regolit Lunari Jinsab Kullimkien
Hemm ukoll ir-regolit Marsjan, li jirreferi għal materjal taħt il-wiċċ li jinstab fuq Mars. Bħalissa, l-aġenziji spazjali internazzjonali ma jistgħux jirkupraw dan il-materjal, iżda dan ma waqqafx lix-xjenzati milli jirriċerkaw il-potenzjal tiegħu f'ċerti proġetti aerospazjali. Ir-riċerkaturi qed jużaw kampjuni simulati ta' dan il-materjal u qed jikkombinawh ma' liga tat-titanju biex jipproduċu għodod jew komponenti tar-rokits. Ir-riżultati inizjali jindikaw li dan il-materjal se jipprovdi saħħa ogħla u jipproteġi t-tagħmir mis-sadid u l-ħsara mir-radjazzjoni. Għalkemm dawn iż-żewġ materjali għandhom proprjetajiet simili, ir-regolit lunari għadu l-aktar materjal ittestjat. Vantaġġ ieħor huwa li dawn il-materjali jistgħu jiġu manifatturati fuq il-post mingħajr il-ħtieġa li jiġu ttrasportati materja prima mid-Dinja. Barra minn hekk, ir-regolit huwa sors ta' materjal li ma jispiċċax, li jgħin biex jipprevjeni l-iskarsezza.
L-applikazzjonijiet tat-teknoloġija tal-istampar 3D fl-industrija aerospazjali
L-applikazzjonijiet tat-teknoloġija tal-istampar 3D fl-industrija aerospazjali jistgħu jvarjaw skont il-proċess speċifiku użat. Pereżempju, il-fużjoni tas-sodda tat-trab bil-lejżer (L-PBF) tista' tintuża biex timmanifattura partijiet kumplessi għal żmien qasir, bħal sistemi ta' għodda jew spare parts tal-ispazju. Launcher, startup ibbażata f'Kalifornja, użat it-teknoloġija tal-istampar 3D tal-metall żaffir ta' Velo3D biex ittejjeb il-magna tar-rokits likwidi E-2 tagħha. Il-proċess tal-manifattur intuża biex tinħoloq it-turbina tal-induzzjoni, li għandha rwol kruċjali fl-aċċelerazzjoni u s-sewqan tal-LOX (ossiġnu likwidu) fil-kamra tal-kombustjoni. It-turbina u s-senser ġew stampati bl-użu tat-teknoloġija tal-istampar 3D u mbagħad immuntati. Dan il-komponent innovattiv jipprovdi lir-rokit b'fluss ta' fluwidu akbar u spinta akbar, u b'hekk jagħmlu parti essenzjali mill-magna.
Velo3D ikkontribwixxa għall-użu tat-teknoloġija PBF fil-manifattura tal-magna rokit likwidu E-2.
Il-manifattura addittiva għandha applikazzjonijiet wesgħin, inkluża l-produzzjoni ta' strutturi żgħar u kbar. Pereżempju, teknoloġiji tal-istampar 3D bħas-soluzzjoni Stargate ta' Relativity Space jistgħu jintużaw biex jimmanifatturaw partijiet kbar bħal tankijiet tal-fjuwil tar-rokits u xfafar tal-iskrun. Relativity Space wriet dan permezz tal-produzzjoni b'suċċess tat-Terran 1, rokit kważi kompletament stampat bit-3D, inkluż tank tal-fjuwil twil diversi metri. L-ewwel tnedija tiegħu fit-23 ta' Marzu 2023, wriet l-effiċjenza u l-affidabbiltà tal-proċessi tal-manifattura addittiva.
It-teknoloġija tal-istampar 3D ibbażata fuq l-estrużjoni tippermetti wkoll il-produzzjoni ta’ partijiet bl-użu ta’ materjali ta’ prestazzjoni għolja bħall-PEEK. Komponenti magħmula minn dan it-termoplastiku diġà ġew ittestjati fl-ispazju u tqiegħdu fuq ir-rover Rashid bħala parti mill-missjoni lunari tal-UAE. L-iskop ta’ dan it-test kien li tiġi evalwata r-reżistenza tal-PEEK għal kundizzjonijiet lunari estremi. Jekk jirnexxi, il-PEEK jista’ jkun kapaċi jissostitwixxi partijiet tal-metall f’sitwazzjonijiet fejn il-partijiet tal-metall jinkisru jew il-materjali huma skarsi. Barra minn hekk, il-proprjetajiet ħfief tal-PEEK jistgħu jkunu ta’ valur fl-esplorazzjoni tal-ispazju.
It-teknoloġija tal-istampar 3D tista' tintuża biex timmanifattura varjetà ta' partijiet għall-industrija aerospazjali.
Vantaġġi tal-istampar 3D fl-industrija aerospazjali
Il-vantaġġi tal-istampar 3D fl-industrija aerospazjali jinkludu dehra finali mtejba tal-partijiet meta mqabbla mat-tekniki tradizzjonali tal-kostruzzjoni. Johannes Homa, CEO tal-manifattur Awstrijak tal-istampaturi 3D Lithoz, stqarr li "din it-teknoloġija tagħmel il-partijiet eħfef." Minħabba l-libertà tad-disinn, il-prodotti stampati 3D huma aktar effiċjenti u jeħtieġu inqas riżorsi. Dan għandu impatt pożittiv fuq l-impatt ambjentali tal-produzzjoni tal-partijiet. Relativity Space wriet li l-manifattura addittiva tista' tnaqqas b'mod sinifikanti n-numru ta' komponenti meħtieġa għall-manifattura ta' vetturi spazjali. Għar-rokit Terran 1, ġew iffrankati 100 parti. Barra minn hekk, din it-teknoloġija għandha vantaġġi sinifikanti fil-veloċità tal-produzzjoni, bir-rokit jitlesta f'inqas minn 60 jum. B'kuntrast, il-manifattura ta' rokit bl-użu ta' metodi tradizzjonali tista' tieħu diversi snin.
Rigward il-ġestjoni tar-riżorsi, l-istampar 3D jista' jiffranka l-materjali u, f'xi każijiet, saħansitra jippermetti r-riċiklaġġ tal-iskart. Fl-aħħar nett, il-manifattura addittiva tista' ssir assi siewi biex jitnaqqas il-piż tat-tluq tar-rokits. L-għan huwa li jiġi massimizzat l-użu ta' materjali lokali, bħar-regolit, u jitnaqqas it-trasport ta' materjali fi ħdan il-vettura spazjali. Dan jagħmilha possibbli li tinġarr biss printer 3D, li jista' joħloq kollox fuq il-post wara l-vjaġġ.
Made in Space diġà bagħtet waħda mill-printers 3D tagħha fl-ispazju għall-ittestjar.
Limitazzjonijiet tal-istampar 3D fl-ispazju
Għalkemm l-istampar 3D għandu ħafna vantaġġi, it-teknoloġija għadha relattivament ġdida u għandha limitazzjonijiet. Advenit Makaya stqarr, "Waħda mill-problemi ewlenin bil-manifattura addittiva fl-industrija aerospazjali hija l-kontroll tal-proċess u l-validazzjoni." Il-manifatturi jistgħu jidħlu fil-laboratorju u jittestjaw is-saħħa, l-affidabbiltà u l-mikrostruttura ta' kull parti qabel il-validazzjoni, proċess magħruf bħala ttestjar mhux distruttiv (NDT). Madankollu, dan jista' jieħu kemm ħin kif ukoll jiswa ħafna flus, għalhekk l-għan aħħari huwa li titnaqqas il-ħtieġa għal dawn it-testijiet. In-NASA reċentement stabbilixxiet ċentru biex tindirizza din il-kwistjoni, iffukat fuq iċ-ċertifikazzjoni rapida tal-komponenti tal-metall manifatturati permezz tal-manifattura addittiva. Iċ-ċentru għandu l-għan li juża tewmin diġitali biex itejjeb il-mudelli tal-kompjuter tal-prodotti, li se jgħinu lill-inġiniera jifhmu aħjar il-prestazzjoni u l-limitazzjonijiet tal-partijiet, inkluż kemm jistgħu jifilħu pressjoni qabel ma jinkisru. B'dan il-mod, iċ-ċentru jittama li jgħin jippromwovi l-applikazzjoni tal-istampar 3D fl-industrija aerospazjali, u jagħmilha aktar effettiva fil-kompetizzjoni mat-tekniki tradizzjonali tal-manifattura.
Dawn il-komponenti għaddew minn testijiet komprensivi tal-affidabbiltà u s-saħħa.
Mill-banda l-oħra, il-proċess ta’ verifika huwa differenti jekk il-manifattura ssir fl-ispazju. Advenit Makaya tal-ESA tispjega, “Hemm teknika li tinvolvi l-analiżi tal-partijiet waqt l-istampar.” Dan il-metodu jgħin biex jiġi ddeterminat liema prodotti stampati huma adattati u liema mhumiex. Barra minn hekk, hemm sistema ta’ awtokorrezzjoni għal printers 3D maħsuba għall-ispazju u qed tiġi ttestjata fuq magni tal-metall. Din is-sistema tista’ tidentifika żbalji potenzjali fil-proċess tal-manifattura u timmodifika awtomatikament il-parametri tagħha biex tikkoreġi kwalunkwe difett fil-parti. Dawn iż-żewġ sistemi huma mistennija li jtejbu l-affidabbiltà tal-prodotti stampati fl-ispazju.
Biex jivvalidaw is-soluzzjonijiet tal-istampar 3D, in-NASA u l-ESA stabbilew standards. Dawn l-istandards jinkludu serje ta’ testijiet biex jiddeterminaw l-affidabbiltà tal-partijiet. Huma jikkunsidraw it-teknoloġija tal-fużjoni tas-sodda tat-trab u qed jaġġornawhom għal proċessi oħra. Madankollu, ħafna atturi ewlenin fl-industrija tal-materjali, bħal Arkema, BASF, Dupont, u Sabic, jipprovdu wkoll din it-traċċabilità.
Tgħix fl-ispazju?
Bl-avvanz tat-teknoloġija tal-istampar 3D, rajna ħafna proġetti ta’ suċċess fid-Dinja li jużaw din it-teknoloġija biex jibnu djar. Dan iġagħalna nistaqsu jekk dan il-proċess jistax jintuża fil-futur qarib jew imbiegħed biex jinbnew strutturi abitabbli fl-ispazju. Filwaqt li l-għajxien fl-ispazju bħalissa mhuwiex realistiku, il-bini ta’ djar, partikolarment fuq il-qamar, jista’ jkun ta’ benefiċċju għall-astronawti fit-twettiq ta’ missjonijiet spazjali. L-għan tal-Aġenzija Spazjali Ewropea (ESA) huwa li tibni koppli fuq il-qamar bl-użu tar-regolit lunari, li jista’ jintuża biex jinbnew ħitan jew briks biex jipproteġu lill-astronawti mir-radjazzjoni. Skont Advenit Makaya mill-ESA, ir-regolit lunari huwa magħmul minn madwar 60% metall u 40% ossiġnu u huwa materjal essenzjali għas-sopravivenza tal-astronawti għaliex jista’ jipprovdi sors bla tmiem ta’ ossiġnu jekk jiġi estratt minn dan il-materjal.
In-NASA tat għotja ta’ $57.2 miljun lil ICON għall-iżvilupp ta’ sistema ta’ stampar 3D għall-bini ta’ strutturi fuq il-wiċċ tal-qamar u qed tikkollabora wkoll mal-kumpanija biex toħloq ħabitat Mars Dune Alpha. L-għan huwa li jiġu ttestjati l-kundizzjonijiet tal-għajxien fuq Mars billi voluntiera jgħixu f’ħabitat għal sena, u jissimulaw il-kundizzjonijiet fuq il-Pjaneta l-Ħamra. Dawn l-isforzi jirrappreżentaw passi kritiċi lejn il-kostruzzjoni diretta ta’ strutturi stampati 3D fuq il-qamar u Mars, li eventwalment jistgħu jwittu t-triq għall-kolonizzazzjoni spazjali mill-bniedem.
Fil-futur imbiegħed, dawn id-djar jistgħu jippermettu li l-ħajja tibqa' ħajja fl-ispazju.
Ħin tal-posta: 14 ta' Ġunju 2023
