Mula noong ika-20 siglo, ang sangkatauhan ay nabighani sa paggalugad sa kalawakan at pag-unawa kung ano ang nasa kabila ng Earth.Ang mga pangunahing organisasyon tulad ng NASA at ESA ay nangunguna sa paggalugad sa kalawakan, at isa pang mahalagang manlalaro sa pananakop na ito ay ang 3D printing.Gamit ang kakayahang mabilis na makagawa ng mga kumplikadong bahagi sa mababang halaga, ang teknolohiyang ito ng disenyo ay lalong nagiging popular sa mga kumpanya.Ginagawa nitong posible ang paglikha ng maraming application, tulad ng mga satellite, spacesuit, at mga bahagi ng rocket.Sa katunayan, ayon sa SmarTech, ang market value ng private space industry additive manufacturing ay inaasahang aabot sa €2.1 billion pagdating ng 2026. Ito ay nagpapataas ng tanong: Paano makakatulong ang 3D printing sa mga tao na maging excel sa kalawakan?
Sa una, ang 3D printing ay pangunahing ginagamit para sa mabilis na prototyping sa medikal, automotive, at aerospace na industriya.Gayunpaman, habang ang teknolohiya ay naging mas malawak, ito ay ginagamit para sa pangwakas na layunin ng mga bahagi.Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng metal additive, partikular ang L-PBF, ay pinahintulutan ang paggawa ng iba't ibang mga metal na may mga katangian at tibay na angkop para sa matinding kondisyon ng espasyo.Ang iba pang mga 3D printing na teknolohiya, gaya ng DED, binder jetting, at extrusion process, ay ginagamit din sa paggawa ng mga bahagi ng aerospace.Sa mga nakalipas na taon, lumitaw ang mga bagong modelo ng negosyo, na may mga kumpanyang gaya ng Made in Space at Relativity Space na gumagamit ng 3D printing technology upang magdisenyo ng mga bahagi ng aerospace.
Ang Relativity Space ay bumubuo ng 3D printer para sa industriya ng aerospace
3D printing technology sa aerospace
Ngayong naipakilala na natin ang mga ito, tingnan natin ang iba't ibang 3D printing na teknolohiya na ginagamit sa industriya ng aerospace.Una, dapat tandaan na ang paggawa ng metal additive, lalo na ang L-PBF, ay ang pinaka malawak na ginagamit sa larangang ito.Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng paggamit ng laser energy upang mag-fuse ng metal powder layer sa pamamagitan ng layer.Ito ay lalong angkop para sa paggawa ng maliliit, kumplikado, tumpak, at na-customize na mga bahagi.Ang mga tagagawa ng aerospace ay maaari ding makinabang mula sa DED, na kinabibilangan ng pagdedeposito ng metal wire o powder at pangunahing ginagamit para sa pagkukumpuni, patong, o paggawa ng mga customized na metal o ceramic na bahagi.
Sa kabaligtaran, ang binder jetting, bagama't kapaki-pakinabang sa mga tuntunin ng bilis ng produksyon at mababang gastos, ay hindi angkop para sa paggawa ng mataas na pagganap ng mga mekanikal na bahagi dahil nangangailangan ito ng mga hakbang sa pagpapalakas pagkatapos ng pagproseso na nagpapataas sa oras ng pagmamanupaktura ng huling produkto.Ang teknolohiya ng extrusion ay epektibo rin sa kapaligiran ng espasyo.Dapat pansinin na hindi lahat ng polymer ay angkop para sa paggamit sa kalawakan, ngunit ang mga high-performance na plastik tulad ng PEEK ay maaaring palitan ang ilang mga bahagi ng metal dahil sa kanilang lakas.Gayunpaman, ang proseso ng pag-print ng 3D na ito ay hindi pa masyadong laganap, ngunit maaari itong maging isang mahalagang asset para sa paggalugad ng kalawakan sa pamamagitan ng paggamit ng mga bagong materyales.
Ang Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ay isang malawakang ginagamit na teknolohiya sa 3D printing para sa aerospace.
Potensyal ng Mga Materyal sa Kalawakan
Ang industriya ng aerospace ay naggalugad ng mga bagong materyales sa pamamagitan ng 3D printing, na nagmumungkahi ng mga makabagong alternatibo na maaaring makagambala sa merkado.Habang ang mga metal tulad ng titanium, aluminum, at nickel-chromium alloys ay palaging pangunahing pinagtutuunan ng pansin, isang bagong materyal ang maaaring magnakaw ng pansin sa lalong madaling panahon: lunar regolith.Ang lunar regolith ay isang layer ng alikabok na tumatakip sa buwan, at ipinakita ng ESA ang mga benepisyo ng pagsasama nito sa 3D printing.Inilalarawan ni Advenit Makaya, isang senior manufacturing engineer ng ESA, ang lunar regolith na katulad ng kongkreto, pangunahing binubuo ng silicon at iba pang mga kemikal na elemento tulad ng iron, magnesium, aluminum, at oxygen.Nakipagsosyo ang ESA sa Lithoz para gumawa ng maliliit na functional na bahagi gaya ng mga turnilyo at gear gamit ang simulate na lunar regolith na may mga katangiang katulad ng real moon dust.
Karamihan sa mga prosesong kasangkot sa pagmamanupaktura ng lunar regolith ay gumagamit ng init, na ginagawa itong tugma sa mga teknolohiya tulad ng SLS at powder bonding printing solutions.Gumagamit din ang ESA ng teknolohiyang D-Shape na may layuning makagawa ng mga solidong bahagi sa pamamagitan ng paghahalo ng magnesium chloride sa mga materyales at pagsasama-sama nito sa magnesium oxide na matatagpuan sa simulate specimen.Ang isa sa mga makabuluhang bentahe ng moon material na ito ay ang mas pinong resolution ng pag-print nito, na nagbibigay-daan dito upang makagawa ng mga bahagi na may pinakamataas na katumpakan.Ang tampok na ito ay maaaring maging pangunahing asset sa pagpapalawak ng hanay ng mga aplikasyon at mga bahagi ng pagmamanupaktura para sa mga baseng lunar sa hinaharap.
Ang Lunar Regolith ay nasa lahat ng dako
Mayroon ding Martian regolith, na tumutukoy sa subsurface material na matatagpuan sa Mars.Sa kasalukuyan, hindi mabawi ng mga internasyonal na ahensya ng kalawakan ang materyal na ito, ngunit hindi nito napigilan ang mga siyentipiko sa pagsasaliksik ng potensyal nito sa ilang mga proyekto sa aerospace.Gumagamit ang mga mananaliksik ng mga simulate na specimen ng materyal na ito at pinagsasama ito sa titanium alloy upang makagawa ng mga tool o mga bahagi ng rocket.Ang mga paunang resulta ay nagpapahiwatig na ang materyal na ito ay magbibigay ng mas mataas na lakas at mapoprotektahan ang kagamitan mula sa kalawang at pinsala sa radiation.Bagaman ang dalawang materyales na ito ay may magkatulad na mga katangian, ang lunar regolith pa rin ang pinaka-nasubok na materyal.Ang isa pang bentahe ay ang mga materyales na ito ay maaaring gawin on-site nang hindi nangangailangan ng transportasyon ng mga hilaw na materyales mula sa Earth.Bilang karagdagan, ang regolith ay isang hindi mauubos na mapagkukunan ng materyal, na tumutulong upang maiwasan ang kakulangan.
Ang mga aplikasyon ng 3D printing technology sa industriya ng aerospace
Ang mga aplikasyon ng 3D printing technology sa industriya ng aerospace ay maaaring mag-iba depende sa partikular na prosesong ginamit.Halimbawa, ang laser powder bed fusion (L-PBF) ay maaaring gamitin upang gumawa ng masalimuot na panandaliang bahagi, gaya ng mga tool system o space spare parts.Ang Launcher, isang startup na nakabase sa California, ay gumamit ng sapphire-metal 3D printing technology ng Velo3D upang pahusayin ang E-2 liquid rocket engine nito.Ang proseso ng tagagawa ay ginamit upang lumikha ng induction turbine, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapabilis at pagmamaneho ng LOX (liquid oxygen) sa silid ng pagkasunog.Ang turbine at sensor ay bawat naka-print gamit ang 3D printing technology at pagkatapos ay binuo.Ang makabagong sangkap na ito ay nagbibigay sa rocket ng mas malaking daloy ng likido at mas malaking thrust, na ginagawa itong mahalagang bahagi ng makina
Nag-ambag ang Velo3D sa paggamit ng teknolohiya ng PBF sa paggawa ng E-2 liquid rocket engine.
Ang additive na pagmamanupaktura ay may malawak na aplikasyon, kabilang ang paggawa ng maliliit at malalaking istruktura.Halimbawa, ang mga teknolohiya sa pag-print ng 3D tulad ng Stargate solution ng Relativity Space ay maaaring gamitin sa paggawa ng malalaking bahagi gaya ng mga rocket fuel tank at propeller blades.Napatunayan ito ng Relativity Space sa pamamagitan ng matagumpay na paggawa ng Terran 1, isang halos ganap na 3D-printed na rocket, kabilang ang isang tangke ng gasolina na ilang metro ang haba.Ang unang paglulunsad nito noong Marso 23, 2023, ay nagpakita ng kahusayan at pagiging maaasahan ng mga additive na proseso ng pagmamanupaktura.
Ang teknolohiyang pag-print na nakabatay sa extrusion na 3D ay nagbibigay-daan din sa paggawa ng mga bahagi gamit ang mga materyales na may mataas na pagganap tulad ng PEEK.Ang mga bahaging gawa sa thermoplastic na ito ay nasubok na sa kalawakan at inilagay sa Rashid rover bilang bahagi ng UAE lunar mission.Ang layunin ng pagsusulit na ito ay upang suriin ang paglaban ng PEEK sa matinding kondisyon ng buwan.Kung matagumpay, maaaring mapalitan ng PEEK ang mga bahaging metal sa mga sitwasyon kung saan ang mga bahagi ng metal ay masira o kakaunti ang mga materyales.Bukod pa rito, maaaring may halaga ang mga magaan na katangian ng PEEK sa paggalugad sa kalawakan.
Ang 3D printing technology ay maaaring gamitin sa paggawa ng iba't ibang bahagi para sa industriya ng aerospace.
Mga kalamangan ng 3D printing sa industriya ng aerospace
Kabilang sa mga bentahe ng 3D printing sa industriya ng aerospace ang pinahusay na panghuling hitsura ng mga bahagi kumpara sa tradisyonal na mga diskarte sa pagtatayo.Si Johannes Homa, CEO ng Austrian 3D printer manufacturer na si Lithoz, ay nagsabi na "ang teknolohiyang ito ay nagpapagaan ng mga bahagi."Dahil sa kalayaan sa disenyo, ang mga produktong naka-print na 3D ay mas mahusay at nangangailangan ng mas kaunting mapagkukunan.Ito ay may positibong epekto sa epekto sa kapaligiran ng paggawa ng bahagi.Ipinakita ng Relativity Space na ang paggawa ng additive ay maaaring makabuluhang bawasan ang bilang ng mga sangkap na kinakailangan sa paggawa ng spacecraft.Para sa Terran 1 rocket, 100 bahagi ang na-save.Bilang karagdagan, ang teknolohiyang ito ay may malaking pakinabang sa bilis ng produksyon, na ang rocket ay nakumpleto nang wala pang 60 araw.Sa kaibahan, ang paggawa ng isang rocket gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan ay maaaring tumagal ng ilang taon.
Tungkol sa pamamahala ng mapagkukunan, ang pag-print ng 3D ay maaaring mag-save ng mga materyales at, sa ilang mga kaso, pinapayagan pa rin ang pag-recycle ng basura.Sa wakas, ang additive manufacturing ay maaaring maging isang mahalagang asset para sa pagbabawas ng take-off weight ng mga rocket.Ang layunin ay upang i-maximize ang paggamit ng mga lokal na materyales, tulad ng regolith, at mabawasan ang transportasyon ng mga materyales sa loob ng spacecraft.Ginagawa nitong posible na magdala lamang ng isang 3D printer, na maaaring lumikha ng lahat sa lugar pagkatapos ng biyahe.
Naipadala na ng Made in Space ang isa sa kanilang mga 3D printer sa espasyo para sa pagsubok.
Mga limitasyon ng 3D printing sa espasyo
Bagama't maraming pakinabang ang 3D printing, medyo bago pa rin ang teknolohiya at may mga limitasyon.Sinabi ni Advenit Makaya, "Ang isa sa mga pangunahing problema sa paggawa ng additive sa industriya ng aerospace ay ang kontrol at pagpapatunay ng proseso."Maaaring pumasok ang mga tagagawa sa lab at subukan ang lakas, pagiging maaasahan, at microstructure ng bawat bahagi bago ang pagpapatunay, isang prosesong kilala bilang non-destructive testing (NDT).Gayunpaman, ito ay maaaring maging matagal at magastos, kaya ang pinakalayunin ay bawasan ang pangangailangan para sa mga pagsubok na ito.Nagtatag kamakailan ang NASA ng isang sentro upang tugunan ang isyung ito, na nakatuon sa mabilis na sertipikasyon ng mga bahaging metal na ginawa ng additive manufacturing.Nilalayon ng center na gumamit ng digital twins para pahusayin ang mga modelo ng computer ng mga produkto, na makakatulong sa mga inhinyero na mas maunawaan ang performance at limitasyon ng mga piyesa, kabilang ang kung gaano karaming pressure ang maaari nilang mapaglabanan bago ang bali.Sa paggawa nito, umaasa ang center na tumulong sa pagsulong ng aplikasyon ng 3D printing sa industriya ng aerospace, na ginagawa itong mas epektibo sa pakikipagkumpitensya sa mga tradisyonal na pamamaraan sa pagmamanupaktura.
Ang mga sangkap na ito ay sumailalim sa komprehensibong pagiging maaasahan at pagsubok ng lakas.
Sa kabilang banda, iba ang proseso ng pag-verify kung ang pagmamanupaktura ay ginagawa sa espasyo.Ang Advenit Makaya ng ESA ay nagpapaliwanag, "May isang pamamaraan na nagsasangkot ng pagsusuri sa mga bahagi habang nagpi-print."Nakakatulong ang paraang ito na matukoy kung aling mga naka-print na produkto ang angkop at alin ang hindi.Bukod pa rito, mayroong self-correction system para sa mga 3D printer na inilaan para sa espasyo at sinusuri sa mga metal machine.Maaaring matukoy ng system na ito ang mga potensyal na error sa proseso ng pagmamanupaktura at awtomatikong baguhin ang mga parameter nito upang itama ang anumang mga depekto sa bahagi.Inaasahang mapapabuti ng dalawang sistemang ito ang pagiging maaasahan ng mga naka-print na produkto sa kalawakan.
Upang mapatunayan ang mga solusyon sa pag-print ng 3D, ang NASA at ESA ay nagtatag ng mga pamantayan.Kasama sa mga pamantayang ito ang isang serye ng mga pagsubok upang matukoy ang pagiging maaasahan ng mga bahagi.Isinasaalang-alang nila ang teknolohiya ng powder bed fusion at ina-update ang mga ito para sa iba pang mga proseso.Gayunpaman, maraming pangunahing manlalaro sa industriya ng mga materyales, tulad ng Arkema, BASF, Dupont, at Sabic, ay nagbibigay din ng kakayahang ito.
Nakatira sa kalawakan?
Sa pagsulong ng 3D printing technology, nakakita kami ng maraming matagumpay na proyekto sa Earth na gumagamit ng teknolohiyang ito para magtayo ng mga bahay.Nagpapaisip ito sa amin kung ang prosesong ito ay maaaring gamitin sa malapit o malayong hinaharap upang bumuo ng mga matitirahan na istruktura sa kalawakan.Habang ang pamumuhay sa kalawakan ay kasalukuyang hindi makatotohanan, ang pagtatayo ng mga bahay, lalo na sa buwan, ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa mga astronaut sa pagsasagawa ng mga misyon sa kalawakan.Ang layunin ng European Space Agency (ESA) ay gumawa ng mga domes sa buwan gamit ang lunar regolith, na maaaring gamitin sa paggawa ng mga pader o brick para protektahan ang mga astronaut mula sa radiation.Ayon sa Advenit Makaya mula sa ESA, ang lunar regolith ay binubuo ng humigit-kumulang 60% na metal at 40% na oxygen at isang mahalagang materyal para sa kaligtasan ng astronaut dahil maaari itong magbigay ng walang katapusang pinagmumulan ng oxygen kung kinuha mula sa materyal na ito.
Nagbigay ang NASA ng $57.2 milyon na grant sa ICON para sa pagbuo ng 3D printing system para sa pagbuo ng mga istruktura sa lunar surface at nakikipagtulungan din sa kumpanya upang lumikha ng tirahan ng Mars Dune Alpha.Ang layunin ay upang subukan ang mga kondisyon ng pamumuhay sa Mars sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga boluntaryo na manirahan sa isang tirahan para sa isang taon, gayahin ang mga kondisyon sa Red Planet.Ang mga pagsisikap na ito ay kumakatawan sa mga kritikal na hakbang patungo sa direktang pagbuo ng mga 3D na naka-print na istruktura sa buwan at Mars, na sa kalaunan ay maaaring magbigay daan para sa kolonisasyon ng espasyo ng tao.
Sa malayong hinaharap, ang mga bahay na ito ay maaaring magbigay-daan sa buhay upang mabuhay sa kalawakan.
Oras ng post: Hun-14-2023