20-кылымдан бери адам баласы мейкиндикти изилдөөгө жана Жерден ары эмне бар экенин түшүнүүгө кызыккан.NASA жана ESA сыяктуу ири уюмдар космостук изилдөөлөрдүн башында болушкан жана бул басып алуунун дагы бир маанилүү оюнчусу 3D басып чыгаруу.Арзан баада татаал тетиктерди тез чыгаруу мүмкүнчүлүгү менен, бул дизайн технологиясы компанияларда барган сайын популярдуу болуп баратат.Бул спутниктер, скафандр жана ракета компоненттери сыяктуу көптөгөн тиркемелерди түзүүгө мүмкүндүк берет.Чынында, SmarTech ылайык, жеке космос өнөр кошумча өндүрүштүн рыноктук наркы 2026-жылга чейин € 2,1 млрд жетет деп күтүлүүдө. Бул суроо туулат: 3D басып чыгаруу адамдарга космосто мыкты жардам бере алат?
Башында, 3D басып чыгаруу, негизинен, медициналык, автомобиль жана аэрокосмостук тармактарда тез прототиптөө үчүн колдонулган.Бирок, технология кеңири таралгандыктан, ал акыркы максаттагы компоненттер үчүн көбүрөөк колдонулууда.Металл кошулмаларын өндүрүү технологиясы, атап айтканда L-PBF, экстремалдык космостук шарттарга ылайыктуу мүнөздөмөлөрү жана бышыктыгы бар түрдүү металлдарды өндүрүүгө мүмкүндүк берди.Башка 3D басып чыгаруу технологиялары, мисалы, DED, байланыштыргыч агытуу жана экструзия процесси, ошондой эле аэрокосмостук компоненттерди өндүрүүдө колдонулат.Акыркы жылдары жаңы бизнес моделдери пайда болду, мисалы, Made in Space жана Relativity Space сыяктуу компаниялар аэрокосмостук компоненттерди долбоорлоо үчүн 3D басып чыгаруу технологиясын колдонушат.
Салыштырмалуу мейкиндик аэрокосмостук өнөр жайы үчүн 3D принтерди иштеп чыгууда
Аэрокосмостогу 3D басып чыгаруу технологиясы
Эми биз аларды тааныштыргандан кийин, келгиле, аэрокосмостук өнөр жайда колдонулган ар кандай 3D басып чыгаруу технологияларын кененирээк карап чыгалы.Биринчиден, бул чөйрөдө металл кошулмаларын өндүрүү, өзгөчө L-PBF, эң кеңири колдонулгандыгын белгилей кетүү керек.Бул процесс металл порошок катмарын катмар менен бириктирүү үчүн лазер энергиясын колдонууну камтыйт.Бул кичинекей, татаал, так жана ылайыкташтырылган тетиктерди өндүрүү үчүн өзгөчө ылайыктуу.Аэрокосмостук өндүрүүчүлөр, ошондой эле металл зым же порошок салууну камтыган жана негизинен оңдоо, каптоо же ылайыкташтырылган металл же керамикалык тетиктерди өндүрүү үчүн колдонулган DEDден пайда ала алышат.
Ал эми, туташтыргычты куюу өндүрүштүн ылдамдыгы жана арзандыгы боюнча пайдалуу болгону менен, жогорку өндүрүмдүүлүктөгү 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 эффективдүү.Белгилей кетчү нерсе, бардык эле полимерлер космосто колдонууга ылайыктуу эмес, бирок PEEK сыяктуу жогорку өндүрүмдүү пластмассалар өзүнүн күчтүүлүгүнөн улам кээ бир металл тетиктерин алмаштыра алат.Бирок, бул 3D басып чыгаруу жараяны дагы деле кеңири жайылган эмес, бирок ал жаңы материалдарды колдонуу менен космосту изилдөө үчүн баалуу каражат болуп калышы мүмкүн.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) аэрокосмостук 3D басып чыгарууда кеңири колдонулган технология.
Космостук материалдардын потенциалы
Аэрокосмостук өнөр жай 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 буруп келгени менен, жакында жаңы материал көңүл бурушу мүмкүн: ай реголит.Lunar regolith - айды каптаган чаң катмары жана ESA аны 3D басып чыгаруу менен айкалыштыруу артыкчылыктарын көрсөттү.ESAнын улук өндүрүш инженери Адвенит Макая Айдын реголиттерин бетонго окшош деп сүрөттөйт, ал негизинен кремнийден жана темир, магний, алюминий жана кычкылтек сыяктуу башка химиялык элементтерден турат.ESA Lithoz менен өнөктөштүктө болуп, чыныгы айдын чаңына окшош касиеттери бар ай реголитинин окшоштурулган бурамалар жана тиштүү тетиктер сыяктуу кичинекей функционалдык бөлүктөрүн өндүрүү үчүн түзүлгөн.
Айдын реголиттерин өндүрүүдө тартылган процесстердин көбү жылуулукту колдонуп, аны SLS жана порошок бириктирүүчү басып чыгаруу чечимдери сыяктуу технологиялар менен шайкеш кылат.ESA ошондой эле D-Shape технологиясын колдонуп, магний хлоридин материалдар менен аралаштыруу жана аны симуляцияланган үлгүдө табылган магний оксиди менен айкалыштыруу аркылуу катуу бөлүктөрдү өндүрүү максатын көздөйт.Бул ай материалынын маанилүү артыкчылыктарынын бири - бул эң жогорку тактык менен бөлүктөрүн чыгарууга мүмкүндүк берүүчү, анын жакшыраак басып чыгаруу чечими.Бул өзгөчөлүк келечектеги Ай базалары үчүн колдонмолордун спектрин жана өндүрүш компоненттерин кеңейтүү боюнча негизги каражат болуп калышы мүмкүн.
Lunar Regolith бардык жерде
Марстын реголиттери да бар, Марста табылган жер астындагы материалга шилтеме кылуу.Учурда эл аралык космостук агенттиктер бул материалды калыбына келтире алышпайт, бирок бул окумуштуулардын айрым аэрокосмостук долбоорлордо анын потенциалын изилдөөсүнө тоскоол болгон жок.Изилдөөчүлөр бул материалдын окшоштурулган үлгүлөрүн колдонуп, куралдарды же ракета компоненттерин өндүрүү үчүн аны титан эритмеси менен бириктирип жатышат.Алгачкы жыйынтыктар бул материал жогорку күч менен камсыз кылат жана дат басып жана радиациялык зыян жабдууларды коргой турганын көрсөтүп турат.Бул эки материал окшош касиеттерге ээ болсо да, ай реголит дагы эле эң көп сыналган материал болуп саналат.Дагы бир артыкчылыгы – бул материалдарды Жерден сырьену ташуунун зарылдыгы жок эле өз жеринде жасап чыгарууга болот.Мындан тышкары, реголит жетишпестиктин алдын алууга жардам берген түгөнгүс материалдык булак болуп саналат.
Аэрокосмостук өнөр жайда 3D басып чыгаруу технологиясын колдонуу
Аэрокосмостук өнөр жайда 3D басып чыгаруу технологиясы колдонулуучу конкреттүү процесске жараша ар кандай болушу мүмкүн.Мисалы, лазер порошок төшөк бириктирүү (L-PBF) курал системалары же космостук запастык бөлүктөрү сыяктуу татаал кыска мөөнөттүү бөлүктөрүн, өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн.Калифорнияда жайгашкан Launcher стартапы E-2 суюк ракета кыймылдаткычын өркүндөтүү үчүн Velo3D сапфир-металл 3D басып чыгаруу технологиясын колдонгон.Өндүрүүчүнүн процесси индукциялык турбинаны түзүү үчүн колдонулган, ал күйүү камерасына LOX (суюк кычкылтек) агымын тездетүү жана айдап чыгууда чечүүчү ролду ойнойт.Турбина жана сенсор ар бири 3D басып чыгаруу технологиясы менен басылып, андан кийин чогултулган.Бул инновациялык компонент ракетаны көбүрөөк суюктуктун агымы жана көбүрөөк тартылуу менен камсыз кылып, аны кыймылдаткычтын маанилүү бөлүгүнө айландырат.
Velo3D E-2 суюк ракета кыймылдаткычын өндүрүүдө PBF технологиясын колдонууга салым кошкон.
Кошумча өндүрүш майда жана чоң структураларды өндүрүүнү камтыган кеңири колдонууга ээ.Мисалы, Relativity Space's Stargate чечими сыяктуу 3D басып чыгаруу технологиялары ракетанын күйүүчү май бактары жана пропеллердин калпактары сыяктуу чоң тетиктерди өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн.Салыштырмалуу мейкиндик муну Terran 1, дээрлик толугу менен 3D басып чыгарылган ракетанын, анын ичинде бир нече метрлик күйүүчү май багынын ийгиликтүү өндүрүшү аркылуу далилдеди.Анын 2023-жылдын 23-мартында биринчи жолу ишке киргизилиши кошумча өндүрүш процесстеринин натыйжалуулугун жана ишенимдүүлүгүн көрсөттү.
Экструзияга негизделген 3D басып чыгаруу технологиясы, ошондой эле PEEK сыяктуу жогорку натыйжалуу материалдарды колдонуу менен тетиктерди өндүрүүгө мүмкүндүк берет.Бул термопластикадан жасалган компоненттер буга чейин космосто сыналган жана БАЭнин Айдагы миссиясынын алкагында Рашид роверине коюлган.Бул сыноонун максаты Айдын экстремалдык шарттарына PEEKтин туруктуулугун баалоо болгон.Эгер ийгиликтүү болсо, PEEK металл тетиктери сынган же материалдар жетишсиз болгон учурларда металл тетиктерин алмаштыра алат.Кошумчалай кетсек, PEEKтин жеңил касиеттери космосту изилдөөдө баалуу болушу мүмкүн.
3D басып чыгаруу технологиясы аэрокосмостук өнөр жайы үчүн ар кандай тетиктерди өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн.
Аэрокосмос тармагындагы 3D басып чыгаруунун артыкчылыктары
Аэрокосмос тармагындагы 3D басып чыгаруунун артыкчылыктары салттуу курулуш ыкмаларына салыштырмалуу тетиктердин акыркы көрүнүшүн жакшыртууну камтыйт.Австриялык 3D принтер өндүрүүчүсү Lithoz компаниясынын башкы директору Йоханнес Хома "бул технология тетиктерди жеңилирээк кылат" деп билдирди.Дизайн эркиндигинен улам, 3D басып чыгарылган өнүмдөр натыйжалуураак жана азыраак ресурстарды талап кылат.Бул бөлүктөр өндүрүшүнүн айлана-чөйрөгө тийгизген таасирине оң таасирин тийгизет.Салыштырмалуу мейкиндик кошумча өндүрүш космостук аппараттарды жасоо үчүн зарыл болгон тетиктердин санын бир топ кыскарта аларын көрсөттү.Терран 1 ракетасы үчүн 100 бөлүк сакталды.Мындан тышкары, бул технология өндүрүш ылдамдыгы боюнча олуттуу артыкчылыктарга ээ, ракета 60 күндөн аз убакытта бүткөрүлөт.Ал эми, салттуу ыкмалар менен ракета өндүрүү бир нече жыл талап кылынышы мүмкүн.
Ресурстарды башкарууга келсек, 3D басып чыгаруу материалдарды үнөмдөйт жана кээ бир учурларда таштандыларды кайра иштетүүгө мүмкүндүк берет.Акыр-аягы, кошумча өндүрүш ракеталардын учуу салмагын азайтуу үчүн баалуу каражат болуп калышы мүмкүн.Максат — реголит сыяктуу жергиликтуу материалдарды максималдуу пайдалануу жана космос кораблдеринин ичинде материалдарды ташууну азайтуу.Бул бир гана 3D принтерди алып жүрүүгө мүмкүндүк берет, ал саякаттан кийин сайтта бардыгын түзө алат.
Made in Space буга чейин 3D принтерлеринин бирин космоско сыноо үчүн жөнөткөн.
Космосто 3D басып чыгаруунун чектөөлөрү
3D басып чыгаруу көптөгөн артыкчылыктарга ээ болсо да, технология дагы эле салыштырмалуу жаңы жана чектөөлөр бар.Адвенит Макая мындай деди: "Аэрокосмостук өнөр жайда кошумча өндүрүштүн негизги көйгөйлөрүнүн бири - процессти көзөмөлдөө жана валидациялоо."Өндүрүүчүлөр лабораторияга кирип, валидациядан мурун ар бир бөлүктүн күчүн, ишенимдүүлүгүн жана микроструктурасын сынай алышат, бул процесс бузулбас сыноо (NDT) деп аталат.Бирок, бул убакытты талап кылган жана кымбат да болушу мүмкүн, ошондуктан акыркы максат - бул тесттерге болгон муктаждыкты азайтуу.НАСА жакында бул маселени чечүү үчүн борбор түздү, ал кошумча өндүрүш менен өндүрүлгөн металл компоненттерин тез сертификациялоого багытталган.Борбор өнүмдөрдүн компьютердик моделдерин өркүндөтүү үчүн санариптик эгиздерди колдонууну көздөйт, бул инженерлерге бөлүктөрдүн иштешин жана чектөөлөрүн, анын ичинде сынганга чейин канчалык басымга туруштук бере аларын жакшыраак түшүнүүгө жардам берет.Муну менен борбор 3D басып чыгарууну аэрокосмостук өнөр жайда колдонууну илгерилетүүгө жардам берип, аны салттуу өндүрүш ыкмалары менен атаандашууда натыйжалуураак кылууга үмүттөнөт.
Бул компоненттер ар тараптуу ишенимдүүлүк жана күч сыноодон өткөн.
Башка жагынан алганда, эгерде өндүрүш космосто жасалса, текшерүү процесси башкача болот.ESAнын Адвенит Макая мындай деп түшүндүрөт: "Басып чыгаруу учурунда бөлүктөргө анализ жүргүзүүнү камтыган техника бар."Бул ыкма кайсы басма продукциялары ылайыктуу жана кайсынысы ылайыктуу экенин аныктоого жардам берет.Кошумчалай кетсек, космоско арналган 3D принтерлер үчүн өзүн-өзү оңдоо системасы бар жана металл машиналарда сыналууда.Бул система өндүрүш процессиндеги мүмкүн болуучу каталарды аныктай алат жана бөлүктөгү бардык кемчиликтерди оңдоо үчүн анын параметрлерин автоматтык түрдө өзгөртө алат.Бул эки системанын космосто басма продукциясынын ишенимдүүлүгүн жогорулатуу күтүлүүдө.
3D басып чыгаруу чечимдерин ырастоо үчүн, NASA жана ESA стандарттарды белгилешти.Бул стандарттар тетиктердин ишенимдүүлүгүн аныктоо үчүн бир катар сыноолорду камтыйт.Алар порошок төшөктөрүн бириктирүү технологиясын карап, башка процесстер үчүн жаңыртып жатышат.Бирок, Arkema, BASF, Dupont жана Sabic сыяктуу материалдар тармагындагы көптөгөн негизги оюнчулар да бул байкоону камсыз кылат.
космосто жашайбы?
3D басып чыгаруу технологиясын өркүндөтүү менен биз жер бетинде бул технологияны үй куруу үчүн колдонгон көптөгөн ийгиликтүү долбоорлорду көрдүк.Бул бизди бул процесс жакынкы же алыскы келечекте космосто жашоого ылайыктуу курулуштарды куруу үчүн колдонулушу мүмкүнбү деген суроону жаратат.Космосто жашоо азыркы учурда реалдуу эмес болсо да, үйлөрдү куруу, айрыкча Айда, космонавттар үчүн космостук миссияларды аткарууда пайдалуу болушу мүмкүн.Европа космостук агенттигинин (ESA) максаты - астронавттарды радиациядан коргоо үчүн дубалдарды же кирпичтерди курууда колдонула турган Айдын реголитинин жардамы менен Айга куполдорду куруу.ESAдан Адвенит Макаянын айтымында, Айдын реголити болжол менен 60% металлдан жана 40% кычкылтектен турат жана астронавттын аман калышы үчүн маанилүү материал болуп саналат, анткени ал бул материалдан алынса, кычкылтектин чексиз булагын камсыздай алат.
NASA Айдын бетинде конструкцияларды куруу үчүн 3D басып чыгаруу системасын иштеп чыгуу үчүн ICON компаниясына 57,2 миллион доллар грант ыйгарды жана ошондой эле компания менен Mars Dune Alpha жашоо чөйрөсүн түзүү үчүн кызматташат.Максаты ыктыярчыларга Кызыл планетадагы шарттарды окшоштуруп, бир жыл жашаган чөйрөдө Марста жашоо шарттарын текшерүү.Бул аракеттер Айда жана Марста 3D басып чыгарылган түзүмдөрдү түз курууга карай маанилүү кадамдарды билдирет, бул акыры адамдын космостук колонизациясына жол ачышы мүмкүн.
Алыскы келечекте бул үйлөр мейкиндикте жашоого мүмкүнчүлүк бере алат.
Посттун убактысы: 14-июнь-2023