Ekde la 20-a jarcento, la homa raso estas fascinita per esplorado de spaco kaj kompreno, kio kuŝas preter la Tero.Gravaj organizoj kiel NASA kaj ESA estis ĉe la avangardo de kosmoesploro, kaj alia grava ludanto en ĉi tiu konkero estas 3D-presado.Kun la kapablo rapide produkti kompleksajn partojn je malalta kosto, ĉi tiu dezajnoteknologio fariĝas ĉiam pli populara en kompanioj.Ĝi ebligas la kreadon de multaj aplikoj, kiel satelitoj, kosmovestoj kaj raketkomponentoj.Fakte, laŭ SmarTech, la merkata valoro de privata kosma industrio aldonaĵfabrikado estas atendita atingi €2.1 miliardojn antaŭ 2026. Ĉi tio levas la demandon: Kiel povas 3D presado helpi homojn elstari en spaco?
Komence, 3D presado estis plejparte uzita por rapida prototipado en la medicina, aŭtomobila, kaj aerspaca industrioj.Tamen, ĉar la teknologio fariĝis pli ĝeneraligita, ĝi estas uzata ĉiam pli por fincelaj komponentoj.Metalaldonaĵproduktadteknologio, precipe L-PBF, permesis la produktadon de gamo da metaloj kun karakterizaĵoj kaj fortikeco taŭga por ekstremaj spackondiĉoj.Aliaj 3D-presaj teknologioj, kiel ekzemple DED, ligilĵetado, kaj eltrudprocezo, ankaŭ estas uzitaj en la fabrikado de aerspacaj komponentoj.En la lastaj jaroj, novaj komercaj modeloj aperis, kun kompanioj kiel Made in Space kaj Relativity Space uzantaj 3D-presan teknologion por desegni aerospackomponentojn.
Relativeco-Spaco evoluiganta 3D-presilon por aerspaca industrio
3D presa teknologio en aerospaco
Nun kiam ni enkondukis ilin, ni rigardu pli detale la diversajn 3D-presajn teknologiojn uzatajn en la aerspaca industrio.Unue, oni devas rimarki, ke metala aldonaĵa fabrikado, precipe L-PBF, estas la plej vaste uzata en ĉi tiu kampo.Ĉi tiu procezo implikas uzi laseran energion por kunfandi metalan pulvortavolon post tavolo.Ĝi estas precipe taŭga por produkti malgrandajn, kompleksajn, precizajn kaj personecigitajn partojn.Aerospacaj produktantoj ankaŭ povas profiti el DED, kiu implikas deponi metaldraton aŭ pulvoron kaj estas plejparte uzataj por ripari, tegi aŭ produkti personecigitajn metalajn aŭ ceramikojn.
Kontraŭe, bindjetado, kvankam avantaĝa laŭ produktado-rapideco kaj malalta kosto, ne taŭgas por produkti alt-efikecajn mekanikajn partojn ĉar ĝi postulas post-pretigajn plifortigajn paŝojn, kiuj pliigas la produktadtempon de la fina produkto.Ekstruda teknologio ankaŭ estas efika en la spaca medio.Oni devas rimarki, ke ne ĉiuj polimeroj taŭgas por uzo en spaco, sed alt-efikecaj plastoj kiel PEEK povas anstataŭigi iujn metalajn partojn pro sia forto.Tamen, ĉi tiu 3D-presa procezo ankoraŭ ne estas tre disvastigita, sed ĝi povas fariĝi valora valoraĵo por kosmoesploro uzante novajn materialojn.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) estas vaste uzata teknologio en 3D presado por aerospaco.
Potencialo de Spacaj Materialoj
La aerspaca industrio esploris novajn materialojn per 3D-presado, proponante novigajn alternativojn, kiuj povas interrompi la merkaton.Dum metaloj kiel ekzemple titanio, aluminio, kaj nikel-kromaj alojoj ĉiam estis la ĉefa fokuso, nova materialo eble baldaŭ ŝtelos la spoton: luna regolito.Luna regolito estas tavolo de polvo kovranta la lunon, kaj ESA pruvis la avantaĝojn de kombini ĝin kun 3D presado.Advenit Makaya, altranga produkta inĝeniero de ESA, priskribas lunan regoliton kiel similan al betono, ĉefe konsistanta el silicio kaj aliaj kemiaj elementoj kiel ekzemple fero, magnezio, aluminio kaj oksigeno.ESA partneris kun Lithoz por produkti malgrandajn funkciajn partojn kiel ekzemple ŝraŭboj kaj ilaroj uzante ŝajnigan lunan regoliton kun trajtoj similaj al reala lunpolvo.
La plej multaj el la procezoj implikitaj en fabrikado de luna regolito utiligas varmon, igante ĝin kongrua kun teknologioj kiel ekzemple SLS kaj pulvorligaj presaj solvoj.ESA ankaŭ uzas D-Formon-teknologion kun la celo produkti solidajn partojn per miksado de magnezia klorido kun materialoj kaj kombinante ĝin kun magneziooksido trovita en la ŝajniga specimeno.Unu el la signifaj avantaĝoj de ĉi tiu lunmaterialo estas ĝia pli fajna pres-rezolucio, ebligante ĝin produkti partojn kun la plej alta precizeco.Ĉi tiu trajto povus iĝi la ĉefa valoraĵo en vastigado de la gamo de aplikoj kaj fabrikado de komponantoj por estontaj lunaj bazoj.
Luna Regolito estas Ĉie
Ekzistas ankaŭ marsa regolito, rilatante al subtera materialo trovita sur Marso.Nuntempe, internaciaj kosmaj agentejoj ne povas reakiri ĉi tiun materialon, sed tio ne malhelpis sciencistojn esplori ĝian potencialon en iuj aerospacaj projektoj.Esploristoj uzas ŝajnigajn specimenojn de ĉi tiu materialo kaj kombinas ĝin kun titania alojo por produkti ilojn aŭ raketkomponentojn.Komencaj rezultoj indikas, ke ĉi tiu materialo provizos pli altan forton kaj protektos ekipaĵon kontraŭ rustiĝado kaj radiado-damaĝo.Kvankam tiuj du materialoj havas similajn trajtojn, luna regolito daŭre estas la plej testita materialo.Alia avantaĝo estas, ke ĉi tiuj materialoj povas esti fabrikitaj surloke sen la bezono transporti krudaĵojn el la Tero.Krome, regolito estas neelĉerpebla materiala fonto, helpante malhelpi malabundecon.
La aplikoj de 3D presa teknologio en la aerspaca industrio
La aplikoj de 3D presa teknologio en la aerspaca industrio povas varii depende de la specifa procezo uzita.Ekzemple, lasera pulvora litofuzio (L-PBF) povas esti uzata por produkti malsimplajn mallongperspektivajn partojn, kiel ekzemple ilsistemoj aŭ spacaj rezervaj partoj.Lanĉilo, Kaliforni-bazita noventrepreno, uzis la safiro-metalan 3D presan teknologion de Velo3D por plibonigi sian likvan raketmotoron E-2.La procezo de la produktanto kutimis krei la induktoturbinon, kiu ludas decidan rolon en akcelado kaj veturado de LOX (likva oksigeno) en la brulkameron.La turbino kaj sensilo estis ĉiu presitaj uzante 3D presan teknologion kaj tiam kunvenitaj.Ĉi tiu noviga komponento provizas la raketon per pli granda fluida fluo kaj pli granda puŝo, igante ĝin esenca parto de la motoro
Velo3D kontribuis al la uzo de PBF-teknologio en produktado de la E-2-likva raketmotoro.
Aldonfabrikado havas larĝajn aplikojn, inkluzive de la produktado de malgrandaj kaj grandaj strukturoj.Ekzemple, 3D-presaj teknologioj kiel ekzemple la Stargate-solvo de Relativity Space povas esti uzataj por produkti grandajn partojn kiel ekzemple raketaj benzinujoj kaj helicklingoj.Relativeco-Spaco pruvis tion per la sukcesa produktado de la Terran 1, preskaŭ tute 3D-presita raketo, inkluzive de kelkmetro-longa benzinujo.Ĝia unua lanĉo la 23-an de marto 2023 pruvis la efikecon kaj fidindecon de aldonaĵproduktadprocezoj.
Ekstrud-bazita 3D presa teknologio ankaŭ permesas la produktadon de partoj uzante alt-efikecajn materialojn kiel ekzemple PEEK.Komponantoj faritaj el ĉi tiu termoplasto jam estis testitaj en la spaco kaj estis metitaj sur la Rashid-rover kiel parto de la UAE-luna misio.La celo de tiu testo estis taksi la reziston de PEEK al ekstremaj lunaj kondiĉoj.Se sukcesa, PEEK povas anstataŭigi metalpartojn en situacioj kie metalpartoj rompiĝas aŭ materialoj estas malabundaj.Plie, la malpezaj trajtoj de PEEK povas esti de valoro en kosmoesploro.
3D presa teknologio povas esti uzata por produkti diversajn partojn por la aerspaca industrio.
Avantaĝoj de 3D presado en la aerspaca industrio
Avantaĝoj de 3D presado en la aerspaca industrio inkluzivas plibonigitan finan aspekton de partoj kompare kun tradiciaj konstruteknikoj.Johannes Homa, Ĉefoficisto de aŭstra 3D-printilo-fabrikisto Lithoz, deklaris ke "ĉi tiu teknologio faras partojn pli malpezaj."Pro dezajnlibereco, 3D presitaj produktoj estas pli efikaj kaj postulas malpli da rimedoj.Ĉi tio havas pozitivan efikon al la media efiko de partproduktado.Relativeco-Spaco pruvis ke aldonaĵproduktado povas signife redukti la nombron da komponentoj necesaj por produkti kosmoŝipon.Por la Terran 1 raketo, 100 partoj estis ŝparitaj.Krome, ĉi tiu teknologio havas signifajn avantaĝojn en produktadrapideco, kie la raketo estas kompletigita en malpli ol 60 tagoj.En kontrasto, fabrikado de raketo uzante tradiciajn metodojn povus daŭri plurajn jarojn.
Koncerne la administradon de rimedoj, 3D-presado povas ŝpari materialojn kaj, en iuj kazoj, eĉ permesi rubrecikladon.Finfine, aldonaĵproduktado povas iĝi valora aktivaĵo por redukti la ekflugan pezon de raketoj.La celo estas maksimumigi la uzon de lokaj materialoj, kiel ekzemple regolito, kaj minimumigi la transporton de materialoj ene de kosmoŝipo.Ĉi tio ebligas porti nur 3D-presilon, kiu povas krei ĉion surloke post la vojaĝo.
Made in Space jam sendis unu el iliaj 3D-presiloj al spaco por testado.
Limigoj de 3D presado en spaco
Kvankam 3D-presado havas multajn avantaĝojn, la teknologio ankoraŭ estas relative nova kaj havas limigojn.Advenit Makaya deklaris, "Unu el la ĉefproblemoj kun aldonaĵproduktado en la aerspaca industrio estas procezkontrolo kaj validumado."Fabrikistoj povas eniri la laboratorion kaj testi la forton, fidindecon kaj mikrostrukturon de ĉiu parto antaŭ validumado, procezo konata kiel ne-detrua testado (NDT).Tamen, ĉi tio povas esti kaj tempopostula kaj multekosta, do la fina celo estas redukti la bezonon de ĉi tiuj provoj.NASA lastatempe establis centron por trakti ĉi tiun problemon, temigis la rapidan atestadon de metalaj komponantoj fabrikitaj per aldonaĵa fabrikado.La centro celas uzi ciferecajn ĝemelojn por plibonigi komputilajn modelojn de produktoj, kiuj helpos inĝenierojn pli bone kompreni la rendimenton kaj limigojn de partoj, inkluzive de kiom da premo ili povas elteni antaŭ frakturo.Farante tion, la centro esperas helpi antaŭenigi la aplikon de 3D-presado en la aerspaca industrio, igante ĝin pli efika en konkurado kun tradiciaj fabrikaj teknikoj.
Ĉi tiuj komponentoj spertis ampleksan fidindecon kaj fortotestadon.
Aliflanke, la kontrola procezo estas malsama se fabrikado estas farita en spaco.Advenit Makaya de ESA klarigas, "Estas tekniko kiu implikas analizi la partojn dum presado."Ĉi tiu metodo helpas determini kiuj presitaj produktoj taŭgas kaj kiuj ne.Aldone, ekzistas memkorekta sistemo por 3D-presiloj destinitaj al spaco kaj estas testata sur metalaj maŝinoj.Ĉi tiu sistemo povas identigi eblajn erarojn en la produktada procezo kaj aŭtomate modifi ĝiajn parametrojn por korekti iujn ajn difektojn en la parto.Ĉi tiuj du sistemoj estas atenditaj plibonigi la fidindecon de presitaj produktoj en la spaco.
Por validigi 3D-presajn solvojn, NASA kaj ESA establis normojn.Ĉi tiuj normoj inkluzivas serion de testoj por determini la fidindecon de partoj.Ili konsideras teknologion pri fandado de pulvoro kaj ĝisdatigas ilin por aliaj procezoj.Tamen, multaj gravaj ludantoj en la materiala industrio, kiel Arkema, BASF, Dupont kaj Sabic, ankaŭ provizas ĉi tiun spureblecon.
Vivas en spaco?
Kun la progreso de 3D-presa teknologio, ni vidis multajn sukcesajn projektojn sur la Tero, kiuj uzas ĉi tiun teknologion por konstrui domojn.Ĉi tio igas nin demandi ĉu ĉi tiu procezo povus esti uzata en proksima aŭ malproksima estonteco por konstrui loĝeblajn strukturojn en la spaco.Dum vivi en spaco estas nuntempe nerealisma, konstrui domojn, precipe sur la luno, povas esti utila por astronaŭtoj en plenumado de kosmomisioj.La celo de la Eŭropa Kosma Agentejo (ESA) estas konstrui kupolojn sur la luno uzante lunan regoliton, kiu povas esti uzata por konstrui murojn aŭ brikojn por protekti astronaŭtojn kontraŭ radiado.Laŭ Advenit Makaya de ESA, luna regolito estas kunmetita de proksimume 60% metalo kaj 40% oksigeno kaj estas esenca materialo por astronaŭtosupervivo ĉar ĝi povas disponigi senfinan fonton de oksigeno se eltirite el tiu materialo.
NASA donis $57.2 milionojn subvencion al ICON por evoluigado de 3D presa sistemo por konstruado de strukturoj sur la luna surfaco kaj ankaŭ kunlaboras kun la firmao por krei Mars Dune Alpha vivejon.La celo estas testi vivkondiĉojn sur Marso havante volontulojn vivi en vivejo dum unu jaro, simulante kondiĉojn sur la Ruĝa Planedo.Ĉi tiuj klopodoj reprezentas kritikajn paŝojn direkte al konstruado de 3D presitaj strukturoj sur la luno kaj Marso, kiuj povus eventuale malfermi la vojon al homa spaca koloniigo.
En la malproksima estonteco, ĉi tiuj domoj povus ebligi al vivo pluvivi en la spaco.
Afiŝtempo: Jun-14-2023