20 ғасырдан бастап адамзат баласы ғарышты зерттеуге және Жерден тыс жерде не жатқанын түсінуге құмар болды.NASA және ESA сияқты ірі ұйымдар ғарышты зерттеуде алдыңғы қатарда болды және бұл жаулап алудың тағы бір маңызды ойыншысы 3D басып шығару болып табылады.Күрделі бөлшектерді төмен бағамен жылдам шығару мүмкіндігімен бұл дизайн технологиясы компанияларда барған сайын танымал бола түсуде.Ол спутниктер, скафандрлар және зымыран компоненттері сияқты көптеген қосымшаларды жасауға мүмкіндік береді.Шын мәнінде, SmarTech мәліметтері бойынша, 2026 жылға қарай жеке ғарыш өнеркәсібінің қосымша өндірісінің нарықтық құны 2,1 миллиард еуроға жетеді деп күтілуде. Бұл сұрақ туындайды: 3D басып шығару адамдарға ғарышта жетістіктерге жетуге қалай көмектесе алады?
Бастапқыда 3D басып шығару негізінен медицина, автомобиль және аэроғарыш өнеркәсібінде жылдам прототиптеу үшін қолданылды.Дегенмен, технология кеңінен таралғандықтан, ол соңғы мақсаттағы компоненттер үшін көбірек қолданылады.Металл қоспаларын өндіру технологиясы, әсіресе L-PBF, экстремалды ғарыш жағдайларына жарамды сипаттамалары мен ұзақ мерзімділігі бар әртүрлі металдарды өндіруге мүмкіндік берді.DED, байланыстырғыш ағыны және экструзия процесі сияқты басқа 3D басып шығару технологиялары да аэроғарыштық компоненттерді өндіруде қолданылады.Соңғы жылдары ғарыштық компоненттерді жобалау үшін 3D басып шығару технологиясын пайдаланатын Made in Space және Relativity Space сияқты компаниялар жаңа бизнес үлгілері пайда болды.
Салыстырмалылық кеңістігі аэроғарыш өнеркәсібіне арналған 3D принтерін әзірлеуде
Аэроғарыштағы 3D басып шығару технологиясы
Енді біз оларды таныстырғаннан кейін аэроғарыш өнеркәсібінде қолданылатын әртүрлі 3D басып шығару технологияларын егжей-тегжейлі қарастырайық.Біріншіден, металл қоспаларын өндіру, әсіресе L-PBF, бұл салада ең көп қолданылатынын атап өткен жөн.Бұл процесс металл ұнтағын қабат-қабат балқыту үшін лазер энергиясын пайдалануды қамтиды.Ол әсіресе шағын, күрделі, дәл және теңшелген бөлшектерді шығару үшін қолайлы.Сондай-ақ, аэроғарыш өндірушілері металл сымды немесе ұнтақты салуды қамтитын және негізінен жөндеуге, жабуға немесе арнайы металл немесе керамикалық бөлшектерді өндіруге арналған ЖСҚ-ны пайдалана алады.
Керісінше, байланыстырғыш ағыны өндіріс жылдамдығы мен төмен құны бойынша тиімді болғанымен, өнімділігі жоғары механикалық бөлшектерді өндіруге жарамайды, өйткені ол соңғы өнімді өндіру уақытын арттыратын өңдеуден кейінгі күшейту қадамдарын қажет етеді.Экструзия технологиясы ғарыштық ортада да тиімді.Айта кету керек, барлық полимерлер ғарышта қолдануға жарамайды, бірақ PEEK сияқты жоғары өнімді пластмассалар өздерінің беріктігі арқасында кейбір металл бөлшектерді алмастыра алады.Дегенмен, бұл 3D басып шығару процесі әлі де кең таралған емес, бірақ ол жаңа материалдарды пайдалану арқылы ғарышты зерттеу үшін құнды активке айналуы мүмкін.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) — аэроғарышқа арналған 3D басып шығаруда кеңінен қолданылатын технология.
Ғарыштық материалдардың потенциалы
Аэроғарыш өнеркәсібі 3D басып шығару арқылы жаңа материалдарды зерттеп, нарықты бұзуы мүмкін инновациялық баламаларды ұсынады.Титан, алюминий және никель-хром қорытпалары сияқты металдар әрқашан басты назарда болғанымен, көп ұзамай жаңа материал назар аудара алады: ай реголит.Ай реголиті - айды жауып тұрған шаң қабаты және ESA оны 3D басып шығарумен біріктірудің артықшылықтарын көрсетті.ESA компаниясының аға өндірістік инженері Адвенит Макая ай реголитін бетонға ұқсас деп сипаттайды, ол негізінен кремнийден және темір, магний, алюминий және оттегі сияқты басқа химиялық элементтерден тұрады.ESA нақты ай шаңына ұқсас қасиеттері бар имитацияланған ай реголитінің көмегімен бұрандалар мен тісті дөңгелектер сияқты шағын функционалды бөлшектерді өндіру үшін Lithoz компаниясымен серіктес болды.
Ай реголиттерін өндіруге қатысты процестердің көпшілігі жылуды пайдаланады, бұл оны SLS және ұнтақты байланыстыратын басып шығару шешімдері сияқты технологиялармен үйлесімді етеді.ESA сонымен қатар магний хлоридін материалдармен араластыру және оны модельденген үлгіде табылған магний оксидімен біріктіру арқылы қатты бөлшектерді алу мақсатында D-Shape технологиясын қолданады.Бұл ай материалының маңызды артықшылықтарының бірі - оның ең жоғары дәлдікпен бөлшектерді шығаруға мүмкіндік беретін жақсы басып шығару рұқсаты.Бұл мүмкіндік қолдану аясын кеңейту және болашақ ай негіздері үшін құрамдастарды өндірудегі негізгі активке айналуы мүмкін.
Айдың Реголит барлық жерде
Сондай-ақ Марста табылған жер асты материалына сілтеме жасайтын марс реголиті бар.Қазіргі уақытта халықаралық ғарыш агенттіктері бұл материалды қалпына келтіре алмайды, бірақ бұл ғалымдарға оның белгілі бір аэроғарыштық жобалардағы әлеуетін зерттеуге кедергі болған жоқ.Зерттеушілер осы материалдың имитацияланған үлгілерін пайдаланып, оны титан қорытпасымен біріктіріп, құрал-саймандар немесе зымыран компоненттерін жасауда.Бастапқы нәтижелер бұл материалдың жоғары беріктігін қамтамасыз ететінін және жабдықты тоттанудан және радиациялық зақымданудан қорғайтынын көрсетеді.Бұл екі материал ұқсас қасиеттерге ие болғанымен, ай реголиті әлі де ең сыналған материал болып табылады.Тағы бір артықшылығы - бұл материалдарды Жерден шикізатты тасымалдауды қажет етпей, өз орнында өндіруге болады.Сонымен қатар, реголит - сарқылмайтын материал көзі, тапшылықтың алдын алуға көмектеседі.
3D басып шығару технологиясының аэроғарыш өнеркәсібінде қолданылуы
3D басып шығару технологиясының аэроғарыш өнеркәсібіндегі қолданбалары қолданылатын нақты процеске байланысты әр түрлі болуы мүмкін.Мысалы, лазерлік ұнтақ қабатын біріктіру (L-PBF) құрал жүйелері немесе ғарыштық қосалқы бөлшектер сияқты күрделі қысқа мерзімді бөлшектерді өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін.Калифорнияда орналасқан Launcher стартапы E-2 сұйық зымыран қозғалтқышын жақсарту үшін Velo3D сапфир-металл 3D басып шығару технологиясын пайдаланды.Өндірушінің процесі индукциялық турбинаны жасау үшін пайдаланылды, ол LOX (сұйық оттегі) жану камерасына жылдамдатуда және айдауда шешуші рөл атқарады.Турбина мен сенсордың әрқайсысы 3D басып шығару технологиясы арқылы басып шығарылды, содан кейін жиналды.Бұл инновациялық компонент зымыранға сұйықтықтың көбірек ағыны мен үлкен тарту күшін береді, бұл оны қозғалтқыштың маңызды бөлігі етеді
Velo3D E-2 сұйық зымыран қозғалтқышын өндіруде PBF технологиясын қолдануға үлес қосты.
Қоспа өндірісі кіші және үлкен құрылымдарды өндіруді қоса алғанда, кең қолдануларға ие.Мысалы, Relativity Space Stargate шешімі сияқты 3D басып шығару технологияларын зымыран отын цистерналары мен бұранда қалақтары сияқты үлкен бөлшектерді өндіру үшін пайдалануға болады.Салыстырмалылық кеңістігі мұны толықтай дерлік 3D басып шығарылған зымыранды, оның ішінде бірнеше метрлік жанармай багын қоса алғанда, Terran 1 сәтті өндіру арқылы дәлелдеді.Оның 2023 жылдың 23 наурызында алғаш рет іске қосылуы аддитивті өндіріс процестерінің тиімділігі мен сенімділігін көрсетті.
Экструзия негізіндегі 3D басып шығару технологиясы сонымен қатар PEEK сияқты өнімділігі жоғары материалдарды пайдаланып бөлшектерді өндіруге мүмкіндік береді.Бұл термопластикадан жасалған компоненттер ғарышта сынақтан өтіп, БАӘ ай миссиясының бөлігі ретінде Рашид роверіне орналастырылды.Бұл сынақтың мақсаты PEEK-тің Айдың төтенше жағдайларына төзімділігін бағалау болды.Сәтті болса, PEEK металл бөлшектер сынған немесе материалдар тапшы болған жағдайда металл бөлшектерді ауыстыра алады.Сонымен қатар, PEEK-тің жеңіл қасиеттері ғарышты зерттеуде құнды болуы мүмкін.
3D басып шығару технологиясын аэроғарыш өнеркәсібі үшін әртүрлі бөлшектерді өндіру үшін пайдалануға болады.
Аэроғарыш өнеркәсібіндегі 3D басып шығарудың артықшылықтары
Аэроғарыш өнеркәсібіндегі 3D басып шығарудың артықшылықтары дәстүрлі құрылыс техникасымен салыстырғанда бөлшектердің соңғы көрінісін жақсартуды қамтиды.Австриялық Lithoz 3D принтер өндірушісінің бас директоры Йоханнес Хома «бұл технология бөлшектерді жеңілдетеді» деп мәлімдеді.Дизайн еркіндігіне байланысты 3D басып шығарылған өнімдер тиімдірек және ресурстарды аз талап етеді.Бұл бөлшектер өндірісінің қоршаған ортаға әсеріне оң әсер етеді.Салыстырмалылық кеңістігі қосымша өндіріс ғарыш аппараттарын жасау үшін қажетті құрамдас бөліктердің санын айтарлықтай азайта алатынын көрсетті.Terran 1 зымыраны үшін 100 бөлік сақталды.Сонымен қатар, бұл технология өндіріс жылдамдығында айтарлықтай артықшылықтарға ие, зымыран 60 күннен аз уақыт ішінде аяқталады.Керісінше, дәстүрлі әдістермен зымыран жасау бірнеше жылға созылуы мүмкін.
Ресурстарды басқаруға қатысты 3D басып шығару материалдарды үнемдеуге және кейбір жағдайларда тіпті қалдықтарды қайта өңдеуге мүмкіндік береді.Ақырында, қосымша өндіріс зымырандардың ұшып көтерілу салмағын азайту үшін құнды активке айналуы мүмкін.Мақсат - реголит сияқты жергілікті материалдарды барынша пайдалану және ғарыш кемелерінің ішінде материалдарды тасымалдауды азайту.Бұл сапардан кейін барлығын орнында жасай алатын 3D принтерді ғана алып жүруге мүмкіндік береді.
Made in Space компаниясы 3D принтерлерінің бірін сынақ үшін ғарышқа жіберіп қойған.
Кеңістікте 3D басып шығарудың шектеулері
3D басып шығару көптеген артықшылықтарға ие болғанымен, технология әлі де салыстырмалы түрде жаңа және шектеулері бар.Адвенит Макая: «Аэроғарыш өнеркәсібіндегі аддитивтер өндірісінің негізгі мәселелерінің бірі - процесті бақылау және валидациялау болып табылады» деп мәлімдеді.Өндірушілер зертханаға кіріп, валидациядан бұрын әрбір бөліктің беріктігін, сенімділігін және микроқұрылымын тексере алады, бұл бұзбайтын сынақ (NDT) деп аталатын процесс.Дегенмен, бұл уақытты қажет ететін және қымбат болуы мүмкін, сондықтан түпкілікті мақсат - бұл сынақтарға қажеттілікті азайту.NASA жақында осы мәселені шешу үшін қосымша өндіріс арқылы өндірілген металл компоненттерін жылдам сертификаттауға бағытталған орталық құрды.Орталық өнімнің компьютерлік үлгілерін жақсарту үшін цифрлық егіздерді пайдалануды мақсат етеді, бұл инженерлерге бөлшектердің өнімділігі мен шектеулерін, соның ішінде сыну алдында қаншалықты қысымға төтеп бере алатынын жақсы түсінуге көмектеседі.Осылайша, орталық аэроғарыш өнеркәсібінде 3D басып шығаруды қолдануды ілгерілетуге көмектесіп, оны дәстүрлі өндіріс әдістерімен бәсекелесуде тиімдірек етеді деп үміттенеді.
Бұл компоненттер сенімділік пен беріктікке жан-жақты сынақтан өтті.
Екінші жағынан, егер өндіріс ғарышта жасалса, тексеру процесі басқаша болады.ESA қызметкері Адвенит Макая былай түсіндіреді: «Басып шығару кезінде бөлшектерді талдауды қамтитын әдіс бар».Бұл әдіс баспа өнімдерінің қайсысы қолайлы, қайсысы жарамсыз екенін анықтауға көмектеседі.Сонымен қатар, ғарышқа арналған 3D принтерлер үшін өзін-өзі түзету жүйесі бар және металл машиналарда сынақтан өткізілуде.Бұл жүйе өндіріс процесіндегі ықтимал қателерді анықтай алады және бөліктегі кез келген ақауларды түзету үшін оның параметрлерін автоматты түрде өзгерте алады.Бұл екі жүйе баспа өнімдерінің кеңістіктегі сенімділігін арттырады деп күтілуде.
3D басып шығару шешімдерін тексеру үшін NASA және ESA стандарттарын белгіледі.Бұл стандарттар бөлшектердің сенімділігін анықтау үшін бірқатар сынақтарды қамтиды.Олар ұнтақ қабатын біріктіру технологиясын қарастырады және оларды басқа процестер үшін жаңартады.Дегенмен, Arkema, BASF, Dupont және Sabic сияқты материалдар өнеркәсібіндегі көптеген ірі ойыншылар да бұл бақылауды қамтамасыз етеді.
Ғарышта өмір сүру?
3D басып шығару технологиясының дамуымен біз жер бетінде осы технологияны үй салу үшін қолданатын көптеген сәтті жобаларды көрдік.Бұл бізді бұл процесс жақын арада немесе алыс болашақта ғарышта тұруға болатын құрылымдарды салу үшін қолданылуы мүмкін бе деген сұрақ тудырады.Қазіргі уақытта ғарышта өмір сүру шындыққа сәйкес келмейтін болса да, үйлер, әсіресе айда, ғарышкерлерге ғарыштық миссияларды орындауда пайдалы болуы мүмкін.Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) мақсаты - ғарышкерлерді радиациядан қорғау үшін қабырғаларды немесе кірпіштерді салу үшін пайдаланылуы мүмкін ай реголитінің көмегімен Айда күмбездер салу.ESA қызметкері Адвенит Макаяның айтуынша, ай реголиті шамамен 60% металдан және 40% оттегіден тұрады және астронавттардың аман қалуы үшін маңызды материал болып табылады, өйткені ол осы материалдан алынған болса, оттегінің шексіз көзін қамтамасыз ете алады.
NASA ICON-қа ай бетіндегі құрылымдарды салу үшін 3D басып шығару жүйесін әзірлеу үшін 57,2 миллион доллар грант бөлді, сонымен қатар Mars Dune Alpha мекендеу ортасын құру үшін компаниямен ынтымақтасады.Мақсат - еріктілердің Қызыл ғаламшардағы жағдайларды имитациялай отырып, бір жыл бойы мекендейтін ортада тұруы арқылы Марстағы өмір сүру жағдайларын тексеру.Бұл күш-жігер Ай мен Марста 3D басып шығарылған құрылымдарды тікелей салу жолындағы маңызды қадамдарды білдіреді, бұл сайып келгенде адамның ғарышты отарлауына жол ашуы мүмкін.
Алыс болашақта бұл үйлер ғарышта өмір сүруге мүмкіндік береді.
Жіберу уақыты: 14 маусым-2023 ж