Mis-seklu 20, ir-razza umana kienet affaxxinata bl-esplorazzjoni tal-ispazju u biex tifhem dak li jinsab lil hinn mid-Dinja.Organizzazzjonijiet ewlenin bħan-NASA u l-ESA kienu minn ta’ quddiem fl-esplorazzjoni spazjali, 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.Jagħmel il-ħolqien ta 'ħafna applikazzjonijiet possibbli, bħal satelliti, ilbies spazjali, u komponenti rokit.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 jisbqu fl-ispazju?
Inizjalment, l-istampar 3D kien użat prinċipalment għal prototipi rapidi fl-industriji mediċi, awtomotivi u aerospazjali.Madankollu, hekk kif it-teknoloġija saret aktar mifruxa, qed tintuża dejjem aktar għal komponenti 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 aerospazjali.F'dawn l-aħħar snin, ħarġu mudelli ta 'negozju ġodda, b'kumpaniji bħal Made in Space u Relativity Space li jużaw teknoloġija ta' stampar 3D biex jiddisinjaw komponenti aerospazjali.
Relatività Spazjali li qed tiżviluppa printer 3D għall-industrija tal-ajruspazju
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 tal-ajruspazju.L-ewwelnett, għandu jiġi nnutat li l-manifattura ta 'addittivi tal-metall, speċjalment L-PBF, hija l-aktar użata f'dan il-qasam.Dan il-proċess jinvolvi l-użu tal-enerġija tal-laser biex tgħaqqad it-trab tal-metall saff b'saff.Huwa speċjalment adattat għall-produzzjoni ta 'partijiet żgħar, kumplessi, preċiżi u personalizzati.Il-manifatturi tal-ajruspazju jistgħu jibbenefikaw ukoll minn 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, binder jetting, għalkemm vantaġġuż f'termini ta 'veloċità tal-produzzjoni u spiża baxxa, mhuwiex adattat għall-produzzjoni ta' partijiet mekkaniċi ta 'prestazzjoni għolja minħabba li jeħtieġ passi ta' tisħiħ ta 'wara l-ipproċessar li jżidu l-ħin tal-manifattura tal-prodott finali.It-teknoloġija tal-estrużjoni hija wkoll effettiva fl-ambjent spazjali.Għandu jiġi nnutat li mhux il-polimeri kollha huma adattati għall-użu fl-ispazju, iżda plastiks ta 'prestazzjoni għolja bħal PEEK jistgħu jissostitwixxu xi partijiet tal-metall minħabba s-saħħa tagħhom.Madankollu, dan il-proċess ta 'stampar 3D għadu mhux mifrux ħafna, iżda jista' jsir assi siewi għall-esplorazzjoni spazjali billi juża materjali ġodda.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) hija teknoloġija użata ħafna fl-istampar 3D għall-ajruspazju.
Potenzjal ta 'Materjali Spazjali
L-industrija tal-ajruspazju 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 jista 'dalwaqt jisraq l-attenzjoni: regolith lunar.Ir-regolith Lunar huwa saff ta 'trab li jkopri l-qamar, u l-ESA wriet il-benefiċċji li tgħaqqadha ma' stampar 3D.Advenit Makaya, inġinier anzjan tal-manifattura tal-ESA, jiddeskrivi regolith lunar bħala simili għall-konkrit, magħmul primarjament minn silikon u elementi kimiċi oħra bħall-ħadid, manjesju, aluminju u ossiġnu.L-ESA ssieħbet ma 'Lithoz biex tipproduċi partijiet funzjonali żgħar bħal viti u gerijiet bl-użu ta' regolith lunar simulat bi proprjetajiet simili għal trab tal-qamar reali.
Il-biċċa l-kbira tal-proċessi involuti fil-manifattura tar-regolit lunar jutilizzaw is-sħana, u tagħmilha kompatibbli ma 'teknoloġiji bħal SLS u soluzzjonijiet tal-istampar tat-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 ma' ossidu tal-manjeżju misjub fil-kampjun simulat.Wieħed mill-vantaġġi sinifikanti ta 'dan il-materjal tal-qamar huwa r-riżoluzzjoni tal-istampar ifjen tiegħu, li jippermettilu jipproduċi partijiet bl-ogħla preċiżjoni.Din il-karatteristika tista 'ssir l-assi primarju fl-espansjoni tal-firxa ta' applikazzjonijiet u komponenti tal-manifattura għal bażijiet lunari futuri.
Regolith Lunar huwa Kullimkien
Hemm ukoll regolith Martian, li jirreferi għal materjal ta 'taħt il-wiċċ misjub 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 jgħaqqduh ma' liga tat-titanju biex jipproduċu għodod jew komponenti rokit.Ir-riżultati inizjali jindikaw li dan il-materjal se jipprovdi saħħa ogħla u jipproteġi t-tagħmir minn sadid u ħsara mir-radjazzjoni.Għalkemm dawn iż-żewġ materjali għandhom proprjetajiet simili, regolith lunar għadu l-aktar materjal ittestjat.Vantaġġ ieħor huwa li dawn il-materjali jistgħu jiġu manifatturati fuq il-post mingħajr il-ħtieġa li tittrasporta materja prima mid-Dinja.Barra minn hekk, regolith huwa sors materjali ineżawribbli, li jgħin biex jipprevjeni l-iskarsezza.
L-applikazzjonijiet tat-teknoloġija tal-istampar 3D fl-industrija tal-ajruspazju
L-applikazzjonijiet tat-teknoloġija tal-istampar 3D fl-industrija tal-ajruspazju jistgħu jvarjaw skont il-proċess speċifiku użat.Pereżempju, il-fużjoni tas-sodda tat-trab tal-lejżer (L-PBF) tista 'tintuża biex timmanifattura partijiet kkomplikati għal żmien qasir, bħal sistemi ta' għodda jew spare parts tal-ispazju.Launcher, startup ibbażata fil-Kalifornja, użat it-teknoloġija tal-istampar 3D taż-żaffir-metall ta 'Velo3D biex ittejjeb il-magna rokit likwidu E-2 tagħha.Il-proċess tal-manifattur intuża biex tinħoloq it-turbina tal-induzzjoni, li għandha rwol kruċjali fl-aċċellerazzjoni u s-sewqan tal-LOX (ossiġnu likwidu) fil-kamra tal-kombustjoni.It-turbina u s-sensor ġew stampati kull wieħed bl-użu tat-teknoloġija tal-istampar 3D u mbagħad immuntati.Dan il-komponent innovattiv jipprovdi lir-rokit bi fluss ta 'fluwidu akbar u spinta akbar, li jagħmilha parti essenzjali tal-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 wera dan permezz tal-produzzjoni b'suċċess tat-Terran 1, rokit kważi kompletament stampat 3D, inkluż tank tal-fjuwil twil diversi metri.L-ewwel tnedija tiegħu fit-23 ta 'Marzu 2023, wera l-effiċjenza u l-affidabbiltà tal-proċessi ta' manifattura addittiva.
It-teknoloġija tal-istampar 3D ibbażata fuq l-estrużjoni tippermetti wkoll il-produzzjoni ta 'partijiet li jużaw materjali ta' prestazzjoni għolja bħal PEEK.Komponenti magħmula minn dan it-termoplastiku diġà ġew ittestjati fl-ispazju u tpoġġew fuq ir-rover Rashid bħala parti mill-missjoni Lunar tal-UAE.L-iskop ta 'dan it-test kien li jevalwa r-reżistenza tal-PEEK għal kundizzjonijiet lunari estremi.Jekk jirnexxi, 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 spazjali.
It-teknoloġija tal-istampar 3D tista 'tintuża biex timmanifattura varjetà ta' partijiet għall-industrija tal-ajruspazju.
Vantaġġi tal-istampar 3D fl-industrija tal-ajruspazju
Vantaġġi tal-istampar 3D fl-industrija tal-ajruspazju jinkludu dehra finali mtejba tal-partijiet meta mqabbla ma 'tekniki ta' kostruzzjoni tradizzjonali.Johannes Homa, CEO tal-manifattur Awstrijak tal-printer 3D Lithoz, iddikjara 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-parti.Relativity Space wera li l-manifattura addittiva tista' tnaqqas b'mod sinifikanti n-numru ta' komponenti meħtieġa għall-manifattura tal-vetturi spazjali.Għar-rokit Terran 1, ġew salvati 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 materjali u, f'xi każijiet, saħansitra jippermetti r-riċiklaġġ tal-iskart.Fl-aħħarnett, il-manifattura addittiva tista 'ssir assi prezzjuż għat-tnaqqis tal-piż tat-tluq tar-rokits.L-għan huwa li jiġi massimizzat l-użu ta 'materjali lokali, bħal regolith, u jiġi minimizzat it-trasport ta' materjali fi ħdan il-vetturi spazjali.Dan jagħmilha possibbli li ġġorr biss printer 3D, li jista 'joħloq kollox fuq il-post wara l-vjaġġ.
Made in Space diġà bagħtet wieħed mill-printers 3D tagħhom 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 u l-validazzjoni tal-proċess."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 ħafna ħin u jiswa ħafna flus, għalhekk l-għan aħħari huwa li titnaqqas il-ħtieġa għal dawn it-testijiet.In-NASA reċentement stabbilixxiet ċentru biex jindirizza din il-kwistjoni, iffukat fuq iċ-ċertifikazzjoni rapida ta 'komponenti tal-metall manifatturati mill-manifattura addittiva.Iċ-ċentru għandu l-għan li juża tewmin diġitali biex itejjeb il-mudelli tal-kompjuter tal-prodotti, li se jgħin lill-inġiniera jifhmu aħjar il-prestazzjoni u l-limitazzjonijiet tal-partijiet, inkluż kemm il-pressjoni jistgħu jifilħu qabel il-ksur.Billi jagħmel hekk, iċ-ċentru jittama li jgħin biex jippromwovi l-applikazzjoni tal-istampar 3D fl-industrija tal-ajruspazju, u jagħmilha aktar effettiva biex tikkompeti mat-tekniki tradizzjonali tal-manifattura.
Dawn il-komponenti għaddew minn testijiet komprensivi ta 'affidabbiltà u saħħa.
Min-naħa l-oħra, il-proċess ta 'verifika huwa differenti jekk il-manifattura ssir fl-ispazju.Advenit Makaya tal-ESA jispjega, "Hemm teknika li tinvolvi l-analiżi tal-partijiet waqt l-istampar."Dan il-metodu jgħin biex jiddetermina liema prodotti stampati huma adattati u liema mhumiex.Barra minn hekk, hemm sistema ta 'awto-korrezzjoni 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 stabbilixxew standards.Dawn l-istandards jinkludu serje ta 'testijiet biex jiddeterminaw l-affidabbiltà tal-partijiet.Huma jqisu t-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 jagħmilna 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 fl-eżekuzzjoni ta' missjonijiet spazjali.L-għan tal-Aġenzija Spazjali Ewropea (ESA) huwa li tibni koppli fuq il-qamar bl-użu ta 'regolith lunar, li jista' jintuża biex jinbnew ħitan jew briks biex jipproteġu l-astronawti mir-radjazzjoni.Skont Advenit Makaya mill-ESA, ir-regolith lunar huwa magħmul minn madwar 60% metall u 40% ossiġnu u huwa materjal essenzjali għas-sopravivenza tal-astronawti minħabba li jista 'jipprovdi sors bla tarf ta' ossiġnu jekk jiġi estratt minn dan il-materjal.
NASA tat għotja ta '$ 57.2 miljun lil ICON għall-iżvilupp ta' sistema ta 'stampar 3D għall-bini ta' strutturi fuq il-wiċċ Lunar 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 l-voluntiera jgħixu f'ħabitat għal sena, filwaqt li 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 tal-ispazju tal-bniedem.
Fil-futur imbiegħed, dawn id-djar jistgħu jippermettu li l-ħajja tgħix fl-ispazju.
Ħin tal-post: Ġunju-14-2023