Од 20. века, људска раса је била фасцинирана истраживањем свемира и разумевањем онога што се налази изван Земље.Главне организације као што су НАСА и ЕСА биле су на челу истраживања свемира, а још један важан играч у овом освајању је 3Д штампање.Са могућношћу брзе производње сложених делова по ниској цени, ова технологија дизајна постаје све популарнија у компанијама.Омогућава стварање многих апликација, као што су сателити, свемирска одела и компоненте ракета.У ствари, према СмарТецх-у, очекује се да ће тржишна вредност производње адитива у приватној свемирској индустрији достићи 2,1 милијарду евра до 2026. Ово поставља питање: Како 3Д штампање може помоћи људима да буду успешни у свемиру?
У почетку, 3Д штампа се углавном користила за брзу израду прототипа у медицинској, аутомобилској и ваздухопловној индустрији.Међутим, како је технологија постала све раширенија, она се све више користи за компоненте крајње намене.Технологија производње адитива за метал, посебно Л-ПБФ, омогућила је производњу разних метала са карактеристикама и издржљивошћу погодним за екстремне услове простора.Друге технологије 3Д штампања, као што су ДЕД, бризгање везива и процес екструзије, такође се користе у производњи ваздухопловних компоненти.Последњих година појавили су се нови пословни модели, са компанијама као што су Маде ин Спаце и Релативити Спаце које користе технологију 3Д штампања за дизајнирање ваздухопловних компоненти.
Релативити Спаце развојни 3Д штампач за ваздухопловну индустрију
Технологија 3Д штампања у ваздухопловству
Сада када смо их представили, хајде да ближе погледамо различите технологије 3Д штампања које се користе у ваздухопловној индустрији.Прво, треба напоменути да се производња металних адитива, посебно Л-ПБФ, највише користи у овој области.Овај процес укључује коришћење ласерске енергије за спајање металног праха слој по слој.Посебно је погодан за производњу малих, сложених, прецизних и прилагођених делова.Произвођачи ваздухопловства такође могу имати користи од ДЕД-а, који укључује наношење металне жице или праха и углавном се користи за поправку, премазивање или производњу металних или керамичких делова по мери.
Насупрот томе, бризгање везива, иако има предност у смислу брзине производње и ниске цене, није погодно за производњу механичких делова високих перформанси јер захтева накнадне кораке ојачања који повећавају време производње финалног производа.Технологија екструзије је такође ефикасна у свемирском окружењу.Треба напоменути да нису сви полимери погодни за употребу у свемиру, али пластика високих перформанси као што је ПЕЕК може заменити неке металне делове због своје чврстоће.Међутим, овај процес 3Д штампања још увек није веома распрострањен, али може постати драгоцено средство за истраживање свемира коришћењем нових материјала.
Ласер Повдер Бед Фусион (Л-ПБФ) је широко коришћена технологија у 3Д штампању за ваздухопловство.
Потенцијал свемирских материјала
Ваздушна индустрија истражује нове материјале кроз 3Д штампање, предлажући иновативне алтернативе које могу пореметити тржиште.Док су метали као што су титанијум, алуминијум и легуре никл-хрома одувек били главни фокус, нови материјал би ускоро могао да украде центар пажње: лунарни реголит.Лунарни реголит је слој прашине који прекрива Месец, а ЕСА је показала предности комбиновања са 3Д штампањем.Адвенит Макаиа, виши производни инжењер ЕСА, описује лунарни реголит као сличан бетону, првенствено састављен од силицијума и других хемијских елемената као што су гвожђе, магнезијум, алуминијум и кисеоник.ЕСА се удружила са Литхоз-ом за производњу малих функционалних делова као што су шрафови и зупчаници користећи симулирани лунарни реголит са својствима сличним правој месечевој прашини.
Већина процеса укључених у производњу лунарног реголита користи топлоту, што га чини компатибилним са технологијама као што су СЛС и решења за штампање у праху.ЕСА такође користи Д-Схапе технологију са циљем да производи чврсте делове мешањем магнезијум хлорида са материјалима и комбиновањем са магнезијум оксидом који се налази у симулираном узорку.Једна од значајних предности овог моон материјала је његова финија резолуција штампе, што му омогућава да производи делове са највећом прецизношћу.Ова карактеристика би могла постати примарна предност у проширењу спектра апликација и производних компоненти за будуће лунарне базе.
Лунарни реголит је свуда
Постоји и марсовски реголит, који се односи на подземни материјал пронађен на Марсу.Тренутно међународне свемирске агенције не могу да поврате овај материјал, али то није спречило научнике да истражују његов потенцијал у одређеним ваздухопловним пројектима.Истраживачи користе симулиране узорке овог материјала и комбинују га са легуром титанијума за производњу алата или компоненти ракете.Први резултати указују да ће овај материјал обезбедити већу чврстоћу и заштитити опрему од рђе и оштећења радијацијом.Иако ова два материјала имају слична својства, лунарни реголит је и даље најиспитанији материјал.Још једна предност је што се ови материјали могу производити на лицу места без потребе за транспортом сировина са Земље.Поред тога, реголит је неисцрпни извор материјала, који помаже у спречавању оскудице.
Примене технологије 3Д штампања у ваздухопловној индустрији
Примене технологије 3Д штампања у ваздухопловној индустрији могу варирати у зависности од специфичног процеса који се користи.На пример, ласерско спајање праха (Л-ПБФ) може се користити за производњу сложених краткорочних делова, као што су системи алата или резервни делови за простор.Лаунцхер, стартуп са седиштем у Калифорнији, користио је Вело3Д технологију 3Д штампања од сафирног метала да побољша свој Е-2 течни ракетни мотор.Процес произвођача је коришћен за стварање индукционе турбине, која игра кључну улогу у убрзавању и покретању ЛОКС (течног кисеоника) у комору за сагоревање.Турбина и сензор су одштампани помоћу технологије 3Д штампања, а затим састављени.Ова иновативна компонента обезбеђује ракети већи проток течности и већи потисак, што је чини суштинским делом мотора
Вело3Д је допринео коришћењу ПБФ технологије у производњи течног ракетног мотора Е-2.
Адитивна производња има широку примену, укључујући производњу малих и великих структура.На пример, технологије 3Д штампања као што је решење Старгате компаније Релативити Спаце могу се користити за производњу великих делова као што су резервоари за ракетно гориво и лопатице пропелера.Релативити Спаце је то доказао кроз успешну производњу Терран 1, скоро у потпуности 3Д штампане ракете, укључујући неколико метара дуг резервоар за гориво.Његово прво лансирање 23. марта 2023. показало је ефикасност и поузданост процеса производње адитива.
Технологија 3Д штампања заснована на екструзији такође омогућава производњу делова користећи материјале високих перформанси као што је ПЕЕК.Компоненте направљене од овог термопласта већ су тестиране у свемиру и постављене су на ровер Рашид у оквиру лунарне мисије УАЕ.Сврха овог теста је била да се процени отпорност ПЕЕК-а на екстремне лунарне услове.Ако успе, ПЕЕК ће можда моћи да замени металне делове у ситуацијама када се метални делови ломе или су материјали оскудни.Поред тога, ПЕЕК-ова лагана својства могу бити од вредности у истраживању свемира.
Технологија 3Д штампања може се користити за производњу разних делова за ваздухопловну индустрију.
Предности 3Д штампе у ваздухопловној индустрији
Предности 3Д штампе у ваздухопловној индустрији укључују побољшани коначни изглед делова у поређењу са традиционалним техникама конструкције.Јоханес Хома, извршни директор аустријског произвођача 3Д штампача Литхоз, изјавио је да „ова технологија чини делове лакшим“.Због слободе дизајна, 3Д штампани производи су ефикаснији и захтевају мање ресурса.Ово има позитиван утицај на еколошки утицај производње делова.Релативити Спаце је показао да адитивна производња може значајно смањити број компоненти потребних за производњу свемирских летелица.За ракету Теран 1 сачувано је 100 делова.Поред тога, ова технологија има значајне предности у брзини производње, с тим што је ракета завршена за мање од 60 дана.Насупрот томе, производња ракете традиционалним методама могла би потрајати неколико година.
Што се тиче управљања ресурсима, 3Д штампање може уштедети материјале, а у неким случајевима чак и омогућити рециклирање отпада.Коначно, адитивна производња може постати драгоцено средство за смањење полетне тежине ракета.Циљ је да се максимално искористи локални материјали, као што је реголит, и минимизира транспорт материјала унутар свемирских летелица.Ово омогућава ношење само 3Д штампача, који може да креира све на лицу места након путовања.
Маде ин Спаце је већ послао један од својих 3Д штампача у свемир на тестирање.
Ограничења 3Д штампања у простору
Иако 3Д штампа има много предности, технологија је још увек релативно нова и има ограничења.Адвенит Макаиа је изјавио: „Један од главних проблема са производњом адитива у ваздухопловној индустрији је контрола и валидација процеса.Произвођачи могу да уђу у лабораторију и тестирају снагу, поузданост и микроструктуру сваког дела пре валидације, процеса познатог као испитивање без разарања (НДТ).Међутим, ово може бити и дуготрајно и скупо, тако да је крајњи циљ смањење потребе за овим тестовима.НАСА је недавно основала центар за решавање овог проблема, фокусиран на брзу сертификацију металних компоненти произведених адитивном производњом.Центар има за циљ да користи дигиталне близанце за побољшање компјутерских модела производа, што ће помоћи инжењерима да боље разумеју перформансе и ограничења делова, укључујући и колики притисак могу да издрже пре лома.На тај начин, центар се нада да ће помоћи у промовисању примене 3Д штампања у ваздухопловној индустрији, чинећи га ефикаснијим у надметању са традиционалним техникама производње.
Ове компоненте су подвргнуте свеобухватном тестирању поузданости и чврстоће.
С друге стране, процес верификације је другачији ако се производња врши у свемиру.ЕСА-ин Адвенит Макаиа објашњава: "Постоји техника која укључује анализу делова током штампања."Овај метод помаже да се утврди који су штампани производи прикладни, а који не.Додатно, постоји систем самокорекције за 3Д штампаче намењен за простор и тестира се на металним машинама.Овај систем може да идентификује потенцијалне грешке у процесу производње и аутоматски модификује своје параметре како би исправио све недостатке у делу.Очекује се да ће ова два система побољшати поузданост штампаних производа у свемиру.
За валидацију решења за 3Д штампање, НАСА и ЕСА су успоставиле стандарде.Ови стандарди укључују низ тестова за утврђивање поузданости делова.Они разматрају технологију фузије праха и ажурирају је за друге процесе.Међутим, многи велики играчи у индустрији материјала, као што су Аркема, БАСФ, Дупонт и Шабић, такође пружају ову следљивост.
Живети у свемиру?
Са напретком технологије 3Д штампања, видели смо многе успешне пројекте на Земљи који користе ову технологију за изградњу кућа.Ово нас тера да се запитамо да ли би се овај процес могао користити у блиској или даљој будућности за изградњу насељивих структура у свемиру.Иако је живот у свемиру тренутно нереалан, изградња кућа, посебно на Месецу, може бити корисна за астронауте у извршавању свемирских мисија.Циљ Европске свемирске агенције (ЕСА) је да изгради куполе на Месецу користећи лунарни реголит, који се може користити за изградњу зидова или цигли за заштиту астронаута од радијације.Према Адвениту Макаиа из ЕСА, лунарни реголит се састоји од око 60% метала и 40% кисеоника и представља суштински материјал за опстанак астронаута јер може да обезбеди бескрајан извор кисеоника ако се извуче из овог материјала.
НАСА је доделила грант од 57,2 милиона долара компанији ИЦОН за развој система за 3Д штампање за изградњу структура на површини Месеца и такође сарађује са компанијом на стварању станишта Марс Дуне Алпха.Циљ је да се тестирају услови живота на Марсу тако што ће волонтери живети у станишту годину дана, симулирајући услове на Црвеној планети.Ови напори представљају критичне кораке ка директној изградњи 3Д штампаних структура на Месецу и Марсу, што би на крају могло утрти пут за колонизацију људског свемира.
Ове куће би у далекој будућности могле да омогуће опстанак живота у свемиру.
Време поста: 14.06.2023