20-кылымдан бери адамзат космосту изилдөөгө жана Жердин артында эмне бар экенин түшүнүүгө кызыгып келет. NASA жана ESA сыяктуу ири уюмдар космосту изилдөөнүн алдыңкы сабында болушкан жана бул багындыруунун дагы бир маанилүү оюнчусу - 3D басып чыгаруу. Татаал тетиктерди арзан баада тез өндүрүү мүмкүнчүлүгү менен бул дизайн технологиясы компанияларда барган сайын популярдуу болуп баратат. Ал спутниктер, скафандрлар жана ракета компоненттери сыяктуу көптөгөн тиркемелерди түзүүгө мүмкүндүк берет. Чындыгында, SmarTechтин маалыматы боюнча, жеке космос тармагынын кошумча өндүрүшүнүн рыноктук наркы 2026-жылга чейин 2,1 миллиард еврого жетет деп күтүлүүдө. Бул суроону жаратат: 3D басып чыгаруу адамдарга космосто ийгиликке жетүүгө кантип жардам бере алат?
Башында 3D басып чыгаруу негизинен медициналык, автомобиль жана аэрокосмостук тармактарда тез прототиптөө үчүн колдонулган. Бирок, бул технология кеңири тараган сайын, ал акыркы максаттагы компоненттер үчүн барган сайын көбүрөөк колдонулуп жатат. Металл кошулмаларын өндүрүү технологиясы, айрыкча L-PBF, экстремалдык космостук шарттарга ылайыктуу мүнөздөмөлөргө жана бышыктыкка ээ болгон ар кандай металлдарды өндүрүүгө мүмкүндүк берди. Аэрокосмостук компоненттерди өндүрүүдө DED, байланыштыруучу агым жана экструзия процесси сыяктуу башка 3D басып чыгаруу технологиялары да колдонулат. Акыркы жылдары жаңы бизнес моделдери пайда болду, Made in Space жана Relativity Space сыяктуу компаниялар аэрокосмостук компоненттерди долбоорлоо үчүн 3D басып чыгаруу технологиясын колдонушууда.
"Relativity Space" аэрокосмостук өнөр жай үчүн 3D принтерди иштеп чыгууда
Космостогу 3D басып чыгаруу технологиясы
Эми аларды тааныштыргандан кийин, аэрокосмостук өнөр жайда колдонулган ар кандай 3D басып чыгаруу технологияларын кененирээк карап чыгалы. Биринчиден, металл кошулмаларын өндүрүү, айрыкча L-PBF, бул тармакта эң кеңири колдонулаарын белгилей кетүү керек. Бул процесс металл порошогун катмар-катмар бириктирүү үчүн лазер энергиясын колдонууну камтыйт. Ал, айрыкча, кичинекей, татаал, так жана ылайыкташтырылган тетиктерди өндүрүү үчүн ылайыктуу. Аэрокосмостук өндүрүүчүлөр металл зымды же порошокту куюуну камтыган жана негизинен ылайыкташтырылган металл же керамикалык тетиктерди оңдоо, каптоо же өндүрүү үчүн колдонулган DEDден да пайда көрө алышат.
Ал эми, байланыштыруучу агым менен агымдоо, өндүрүш ылдамдыгы жана арзандыгы жагынан пайдалуу болгону менен, жогорку өндүрүмдүү механикалык тетиктерди өндүрүү үчүн ылайыктуу эмес, анткени ал акыркы продуктунун өндүрүш убактысын көбөйтүүчү кайра иштетүүдөн кийинки бекемдөө кадамдарын талап кылат. Экструзия технологиясы космос чөйрөсүндө да натыйжалуу. Белгилей кетүүчү нерсе, бардык эле полимерлер космосто колдонууга ылайыктуу эмес, бирок PEEK сыяктуу жогорку өндүрүмдүү пластмассалар бекемдигинен улам кээ бир металл тетиктерин алмаштыра алат. Бирок, бул 3D басып чыгаруу процесси дагы эле кеңири тарала элек, бирок ал жаңы материалдарды колдонуу менен космосту изилдөө үчүн баалуу активге айланышы мүмкүн.
Лазердик порошок төшөгүнүн фьюжн-бирикмеси (L-PBF) аэрокосмостук 3D басып чыгарууда кеңири колдонулган технология.
Космостук материалдардын потенциалы
Аэрокосмос тармагы 3D басып чыгаруу аркылуу жаңы материалдарды изилдеп, рынокту бузушу мүмкүн болгон инновациялык альтернативаларды сунуштап келет. Титан, алюминий жана никель-хром эритмелери сыяктуу металлдар ар дайым негизги көңүл борборунда болгону менен, жакында жаңы материал көңүл чордонунда калышы мүмкүн: ай реголити. Ай реголити - бул айды каптаган чаң катмары жана ESA аны 3D басып чыгаруу менен айкалыштыруунун пайдасын көрсөттү. ESAнын улук өндүрүш инженери Адвенит Макая ай реголитин бетонго окшош деп мүнөздөйт, ал негизинен кремнийден жана темир, магний, алюминий жана кычкылтек сыяктуу башка химиялык элементтерден турат. ESA Lithoz менен өнөктөштүктө чыныгы ай чаңына окшош касиеттерге ээ симуляцияланган ай реголитин колдонуп, бурама жана тиштүү дөңгөлөк сыяктуу кичинекей функционалдык тетиктерди чыгарат.
Ай реголиттерин өндүрүүдө колдонулган процесстердин көпчүлүгү жылуулукту колдонот, бул аны SLS жана порошок байланыштыруучу басып чыгаруу чечимдери сыяктуу технологиялар менен шайкеш келтирет. ESA ошондой эле магний хлоридин материалдар менен аралаштырып, аны симуляцияланган үлгүдө табылган магний кычкылы менен айкалыштыруу аркылуу катуу бөлүктөрдү өндүрүү максатында D-Shape технологиясын колдонууда. Бул ай материалынын маанилүү артыкчылыктарынын бири - анын эң жогорку тактык менен бөлүктөрдү чыгарууга мүмкүндүк берген майда басылган чечими. Бул өзгөчөлүк келечектеги ай базалары үчүн колдонмолордун чөйрөсүн кеңейтүүдө жана компоненттерди өндүрүүдө негизги каражат болуп калышы мүмкүн.
Ай реголит бардык жерде
Ошондой эле Марста табылган жер астындагы материалдарды билдирген Марс реголити бар. Учурда эл аралык космос агенттиктери бул материалды калыбына келтире алышпайт, бирок бул окумуштуулардын айрым аэрокосмостук долбоорлордогу анын потенциалын изилдөөсүнө тоскоол болгон жок. Изилдөөчүлөр бул материалдын симуляцияланган үлгүлөрүн колдонуп, аны титан эритмеси менен бириктирип, шаймандарды же ракета компоненттерин жасап жатышат. Баштапкы жыйынтыктар бул материал жогорку бекемдикти камсыз кылаарын жана жабдууларды дат басуудан жана радиациялык зыяндан коргой турганын көрсөтүп турат. Бул эки материал окшош касиеттерге ээ болгону менен, Ай реголити дагы эле эң көп сыналган материал болуп саналат. Дагы бир артыкчылыгы - бул материалдарды Жерден чийки затты ташуунун кажети жок эле жергиликтүү жерде өндүрүүгө болот. Мындан тышкары, реголит түгөнбөс материал булагы болуп саналат, бул жетишсиздиктин алдын алууга жардам берет.
Аэрокосмос тармагында 3D басып чыгаруу технологиясын колдонуу
Аэрокосмос тармагында 3D басып чыгаруу технологиясынын колдонулушу колдонулган конкреттүү процесске жараша өзгөрүшү мүмкүн. Мисалы, лазердик порошок катмарынын эритмеси (L-PBF) татаал кыска мөөнөттүү тетиктерди, мисалы, шайман системаларын же космостук запастык бөлүктөрдү өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн. Калифорнияда жайгашкан Launcher стартапы Velo3D компаниясынын сапфир-металл 3D басып чыгаруу технологиясын E-2 суюк ракета кыймылдаткычын өркүндөтүү үчүн колдонгон. Өндүрүүчүнүн процесси LOXту (суюк кычкылтекти) күйүү камерасына ылдамдатуу жана айдоодо маанилүү ролду ойногон индукциялык турбинаны түзүү үчүн колдонулган. Турбина жана сенсор ар бири 3D басып чыгаруу технологиясын колдонуу менен басылып, андан кийин чогултулган. Бул инновациялык компонент ракетага суюктуктун көбүрөөк агымын жана күчтүүрөөк түртүүнү камсыз кылат, бул аны кыймылдаткычтын маанилүү бөлүгү кылат.
Velo3D E-2 суюк ракета кыймылдаткычын өндүрүүдө PBF технологиясын колдонууга салым кошкон.
Кошумча өндүрүш кеңири колдонулат, анын ичинде кичинекей жана чоң конструкцияларды өндүрүү бар. Мисалы, Relativity Space компаниясынын Stargate чечими сыяктуу 3D басып чыгаруу технологиялары ракетанын күйүүчү май бактары жана пропеллеринин калактары сыяктуу ири тетиктерди жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Relativity Space муну дээрлик толугу менен 3D басып чыгарылган, анын ичинде бир нече метр узундуктагы күйүүчү май багы бар Terran 1 ракетасын ийгиликтүү өндүрүү аркылуу далилдеди. Анын 2023-жылдын 23-мартында биринчи жолу учурулушу кошумча өндүрүш процесстеринин натыйжалуулугун жана ишенимдүүлүгүн көрсөттү.
Экструзияга негизделген 3D басып чыгаруу технологиясы PEEK сыяктуу жогорку өндүрүмдүү материалдарды колдонуу менен тетиктерди өндүрүүгө мүмкүндүк берет. Бул термопластиктен жасалган компоненттер космосто сыналып, БАЭнин Ай миссиясынын алкагында Рашид роверине жайгаштырылган. Бул сыноонун максаты PEEKтин айдын экстремалдык шарттарына туруктуулугун баалоо болгон. Эгерде ийгиликтүү болсо, PEEK металл тетиктери сынып калган же материалдар жетишсиз болгон учурларда металл тетиктерин алмаштыра алат. Мындан тышкары, PEEKтин жеңил касиеттери космосту изилдөөдө баалуу болушу мүмкүн.
3D басып чыгаруу технологиясын аэрокосмостук өнөр жай үчүн ар кандай тетиктерди жасоодо колдонсо болот.
Аэрокосмос тармагында 3D басып чыгаруунун артыкчылыктары
Аэрокосмос тармагындагы 3D басып чыгаруунун артыкчылыктарына салттуу курулуш ыкмаларына салыштырмалуу тетиктердин акыркы көрүнүшүнүн жакшырышы кирет. Австриялык 3D принтер өндүрүүчүсү Lithoz компаниясынын башкы директору Йоханнес Хома "бул технология тетиктерди жеңилдетет" деп билдирди. Дизайн эркиндигинен улам, 3D басылган продукциялар натыйжалуураак жана аз ресурстарды талап кылат. Бул тетиктерди өндүрүүнүн айлана-чөйрөгө тийгизген таасирине оң таасирин тийгизет. Relativity Space кошумча өндүрүш космостук кемелерди өндүрүү үчүн талап кылынган компоненттердин санын бир топ азайта аларын көрсөттү. Terran 1 ракетасы үчүн 100 тетик үнөмдөлгөн. Мындан тышкары, бул технология өндүрүш ылдамдыгында олуттуу артыкчылыктарга ээ, ракета 60 күндөн аз убакытта бүткөрүлөт. Ал эми салттуу ыкмаларды колдонуп ракетаны өндүрүү бир нече жылга созулушу мүмкүн.
Ресурстарды башкарууга келсек, 3D басып чыгаруу материалдарды үнөмдөөгө жана айрым учурларда калдыктарды кайра иштетүүгө мүмкүндүк берет. Акырында, кошумча өндүрүш ракеталардын учуу салмагын азайтуу үчүн баалуу активге айланышы мүмкүн. Максат - реголит сыяктуу жергиликтүү материалдарды максималдуу пайдалануу жана космос кемелеринин ичинде материалдардын ташылышын минималдаштыруу. Бул сапардан кийин баарын жеринде жасай турган 3D принтерди гана алып жүрүүгө мүмкүндүк берет.
Made in Space компаниясы буга чейин эле өзүнүн 3D принтерлеринин бирин сыноо үчүн космоско жөнөткөн.
Космосто 3D басып чыгаруунун чектөөлөрү
3D басып чыгаруунун көптөгөн артыкчылыктары болгону менен, бул технология дагы эле салыштырмалуу жаңы жана чектөөлөрү бар. Адвенит Макая: "Аэрокосмос тармагындагы кошумча өндүрүштүн негизги көйгөйлөрүнүн бири - бул процессти башкаруу жана валидациялоо", - деп билдирди. Өндүрүүчүлөр лабораторияга кирип, ар бир бөлүктүн бекемдигин, ишенимдүүлүгүн жана микроструктурасын валидациялоодон мурун текшере алышат, бул процесс бузулбаган сыноо (NDT) деп аталат. Бирок, бул көп убакытты талап кылган жана кымбат болушу мүмкүн, андыктан акыркы максат - бул сыноолордун зарылдыгын азайтуу. NASA жакында бул маселени чечүү үчүн кошумча өндүрүш жолу менен өндүрүлгөн металл компоненттерин тез сертификациялоого багытталган борбор түздү. Борбор продукциянын компьютердик моделдерин жакшыртуу үчүн санариптик эгиздерди колдонууну көздөйт, бул инженерлерге тетиктердин иштешин жана чектөөлөрүн, анын ичинде сынганга чейин канчалык басымга туруштук бере аларын жакшыраак түшүнүүгө жардам берет. Муну менен борбор аэрокосмос тармагында 3D басып чыгарууну колдонууну жайылтууга жардам берүүнү жана аны салттуу өндүрүш ыкмалары менен атаандашууда натыйжалуураак кылууну үмүттөнөт.
Бул компоненттер комплекстүү ишенимдүүлүк жана бекемдик сыноолорунан өткөн.
Башка жагынан алганда, эгерде өндүрүш космосто жүргүзүлсө, текшерүү процесси башкача болот. ESAнын Адвенит Макаясы: "Басып чыгаруу учурунда тетиктерди талдоону камтыган ыкма бар", - деп түшүндүрөт. Бул ыкма кайсы басылган продукциялар ылайыктуу, кайсынысы ылайыктуу эмес экенин аныктоого жардам берет. Мындан тышкары, космосто колдонууга арналган 3D принтерлер үчүн өзүн-өзү оңдоо системасы бар жана ал металл машиналарында сыналып жатат. Бул система өндүрүш процессиндеги мүмкүн болгон каталарды аныктап, тетиктеги ар кандай кемчиликтерди оңдоо үчүн анын параметрлерин автоматтык түрдө өзгөртө алат. Бул эки система космосто басылган продукциялардын ишенимдүүлүгүн жогорулатат деп күтүлүүдө.
3D басып чыгаруу чечимдерин текшерүү үчүн NASA жана ESA стандарттарды түзүштү. Бул стандарттар тетиктердин ишенимдүүлүгүн аныктоо үчүн бир катар тесттерди камтыйт. Алар порошок катмарын эритүү технологиясын карап чыгышат жана аларды башка процесстер үчүн жаңыртып жатышат. Бирок, Arkema, BASF, Dupont жана Sabic сыяктуу материалдар тармагындагы көптөгөн ири оюнчулар да бул көзөмөлдөөнү камсыз кылышат.
Космосто жашоо?
3D басып чыгаруу технологиясынын өнүгүшү менен биз Жерде бул технологияны колдонуп, үйлөрдү курган көптөгөн ийгиликтүү долбоорлорду көрдүк. Бул бизди бул процессти жакынкы же алыскы келечекте космосто жашоого ылайыктуу курулуштарды куруу үчүн колдонсо болобу деген суроого түртөт. Космосто жашоо учурда реалдуу эмес болсо да, үйлөрдү, айрыкча Айда куруу космонавттар үчүн космостук миссияларды аткарууда пайдалуу болушу мүмкүн. Европа космос агенттигинин (ЕКА) максаты - космонавттарды радиациядан коргоо үчүн дубалдарды же кирпичтерди куруу үчүн колдонулушу мүмкүн болгон Ай реголиттерин колдонуп, Айда күмбөздөрдү куруу. ЕКАдан Адвенит Макаянын айтымында, Ай реголитинин курамы болжол менен 60% металлдан жана 40% кычкылтектен турат жана космонавттардын жашоосу үчүн маанилүү материал болуп саналат, анткени ал бул материалдан алынса, чексиз кычкылтек булагын камсыздай алат.
NASA Айдын бетинде курулуштарды куруу үчүн 3D басып чыгаруу системасын иштеп чыгуу үчүн ICONго 57,2 миллион доллар грант берди жана ошондой эле компания менен Марстагы Dune Alpha жашоо чөйрөсүн түзүү боюнча кызматташып жатат. Максат - ыктыярчыларды бир жыл бою жашоо чөйрөсүндө жашап, Кызыл планетадагы шарттарды симуляциялоо менен Марстагы жашоо шарттарын текшерүү. Бул аракеттер Айда жана Марста 3D басып чыгарылган курулуштарды түз курууга багытталган маанилүү кадамдарды билдирет, бул акырында адамдын космоско колонизациясына жол ачышы мүмкүн.
Алыскы келечекте бул үйлөр космосто жашоонун уланышына шарт түзүшү мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 14-июну
