Od 20. vijeka, ljudska rasa je bila fascinirana istraživanjem svemira i razumijevanjem onoga što se nalazi izvan Zemlje.Velike organizacije kao što su NASA i ESA bile su na čelu istraživanja svemira, a još jedan važan igrač u ovom osvajanju je 3D štampanje.Uz mogućnost brze proizvodnje složenih dijelova po niskoj cijeni, ova tehnologija dizajna postaje sve popularnija u kompanijama.Omogućava stvaranje mnogih aplikacija, kao što su sateliti, svemirska odijela i komponente raketa.U stvari, prema SmarTech-u, očekuje se da će tržišna vrijednost aditivne proizvodnje privatne svemirske industrije dostići 2,1 milijardu eura do 2026. Ovo postavlja pitanje: Kako 3D štampanje može pomoći ljudima da se istaknu u svemiru?
U početku se 3D štampa uglavnom koristila za brzu izradu prototipa u medicinskoj, automobilskoj i svemirskoj industriji.Međutim, kako je tehnologija postala sve raširenija, ona se sve više koristi za komponente krajnje namjene.Tehnologija proizvodnje aditiva za metal, posebno L-PBF, omogućila je proizvodnju raznih metala sa karakteristikama i izdržljivošću pogodnim za ekstremne prostorne uslove.Druge tehnologije 3D štampanja, kao što su DED, brizganje veziva i proces ekstruzije, takođe se koriste u proizvodnji vazduhoplovnih komponenti.Posljednjih godina pojavili su se novi poslovni modeli, s kompanijama kao što su Made in Space i Relativity Space koje koriste tehnologiju 3D štampanja za dizajn vazduhoplovnih komponenti.
Relativity Space razvojni 3D štampač za vazduhoplovnu industriju
Tehnologija 3D štampe u vazduhoplovstvu
Sada kada smo ih predstavili, hajde da pobliže pogledamo različite tehnologije 3D štampanja koje se koriste u vazduhoplovnoj industriji.Prvo, treba napomenuti da se proizvodnja metalnih aditiva, posebno L-PBF, najviše koristi u ovoj oblasti.Ovaj proces uključuje korištenje laserske energije za spajanje metalnog praha sloj po sloj.Posebno je pogodan za proizvodnju malih, složenih, preciznih i prilagođenih dijelova.Proizvođači svemirskih letova također mogu imati koristi od DED-a, koji uključuje nanošenje metalne žice ili praha i uglavnom se koristi za popravke, premazivanje ili proizvodnju metalnih ili keramičkih dijelova po mjeri.
Nasuprot tome, brizganje veziva, iako ima prednost u smislu brzine proizvodnje i niske cijene, nije pogodno za proizvodnju mehaničkih dijelova visokih performansi jer zahtijeva naknadne korake ojačanja koji povećavaju vrijeme proizvodnje konačnog proizvoda.Tehnologija ekstruzije je također efikasna u svemirskom okruženju.Treba napomenuti da nisu svi polimeri prikladni za upotrebu u svemiru, ali plastika visokih performansi kao što je PEEK može zamijeniti neke metalne dijelove zbog svoje čvrstoće.Međutim, ovaj proces 3D štampe još uvijek nije jako rasprostranjen, ali može postati vrijedna prednost za istraživanje svemira korištenjem novih materijala.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) je široko korišćena tehnologija u 3D štampi za vazduhoplovstvo.
Potencijal svemirskih materijala
Vazdušna industrija istražuje nove materijale kroz 3D štampanje, predlažući inovativne alternative koje mogu poremetiti tržište.Dok su metali poput titanijuma, aluminijuma i legura nikl-hroma oduvek bili glavni fokus, novi materijal bi uskoro mogao ukrasti reflektor: lunarni regolit.Lunarni regolit je sloj prašine koji prekriva mjesec, a ESA je pokazala prednosti njegove kombinacije sa 3D štampanjem.Advenit Makaya, viši proizvodni inženjer ESA-e, opisuje lunarni regolit kao sličan betonu, prvenstveno sastavljen od silicija i drugih kemijskih elemenata kao što su željezo, magnezij, aluminij i kisik.ESA se udružila s Lithoz-om za proizvodnju malih funkcionalnih dijelova kao što su zavrtnji i zupčanici koristeći simulirani lunarni regolit sa svojstvima sličnim pravoj mjesečevoj prašini.
Većina procesa koji su uključeni u proizvodnju lunarnog regolita koriste toplinu, što ga čini kompatibilnim s tehnologijama kao što su SLS i rješenja za štampanje u prahu.ESA također koristi D-Shape tehnologiju s ciljem proizvodnje čvrstih dijelova miješanjem magnezijum hlorida sa materijalima i kombinovanjem sa magnezijevim oksidom koji se nalazi u simuliranom uzorku.Jedna od značajnih prednosti ovog moon materijala je njegova finija rezolucija štampe, što mu omogućava da proizvodi dijelove s najvećom preciznošću.Ova karakteristika bi mogla postati primarna prednost u proširenju spektra aplikacija i proizvodnih komponenti za buduće lunarne baze.
Lunarni regolit je svuda
Tu je i marsovski regolit, koji se odnosi na podzemni materijal pronađen na Marsu.Trenutno međunarodne svemirske agencije ne mogu da povrate ovaj materijal, ali to nije spriječilo naučnike da istražuju njegov potencijal u određenim avio-kosmičkim projektima.Istraživači koriste simulirane uzorke ovog materijala i kombinuju ga sa legurom titana za proizvodnju alata ili komponenti rakete.Prvi rezultati pokazuju da će ovaj materijal pružiti veću čvrstoću i zaštititi opremu od hrđe i oštećenja radijacijom.Iako ova dva materijala imaju slična svojstva, lunarni regolit je i dalje najispitaniji materijal.Još jedna prednost je što se ovi materijali mogu proizvoditi na licu mjesta bez potrebe za transportom sirovina sa Zemlje.Osim toga, regolit je neiscrpni izvor materijala koji pomaže u sprječavanju oskudice.
Primena tehnologije 3D štampanja u vazduhoplovnoj industriji
Primene tehnologije 3D štampanja u vazduhoplovnoj industriji mogu varirati u zavisnosti od specifičnog procesa koji se koristi.Na primjer, lasersko spajanje praha (L-PBF) može se koristiti za proizvodnju složenih kratkotrajnih dijelova, kao što su sistemi alata ili rezervni dijelovi za prostor.Launcher, startup sa sjedištem u Kaliforniji, koristio je Velo3D tehnologiju 3D štampe od safirnog metala da poboljša svoj E-2 tečni raketni motor.Proces proizvođača korišten je za stvaranje indukcione turbine, koja igra ključnu ulogu u ubrzavanju i pokretanju LOX-a (tečnog kisika) u komoru za sagorijevanje.Turbina i senzor su odštampani pomoću tehnologije 3D štampanja, a zatim sastavljeni.Ova inovativna komponenta obezbeđuje raketi veći protok tečnosti i veći potisak, što je čini suštinskim delom motora
Velo3D je doprinio korištenju PBF tehnologije u proizvodnji E-2 tečnog raketnog motora.
Aditivna proizvodnja ima široku primjenu, uključujući proizvodnju malih i velikih konstrukcija.Na primjer, tehnologije 3D štampe kao što je rješenje Stargate Relativity Spacea mogu se koristiti za proizvodnju velikih dijelova kao što su rezervoari za raketno gorivo i lopatice propelera.Relativity Space je to dokazao kroz uspješnu proizvodnju Terran 1, gotovo u potpunosti 3D štampane rakete, uključujući nekoliko metara dug rezervoar za gorivo.Njegovo prvo lansiranje 23. marta 2023. pokazalo je efikasnost i pouzdanost procesa aditivne proizvodnje.
Tehnologija 3D štampanja zasnovana na ekstruziji takođe omogućava proizvodnju delova koristeći materijale visokih performansi kao što je PEEK.Komponente napravljene od ovog termoplasta već su testirane u svemiru i postavljene su na rover Rashid u sklopu lunarne misije UAE.Svrha ovog testa je bila da se proceni otpornost PEEK-a na ekstremne lunarne uslove.Ako bude uspješan, PEEK će možda moći zamijeniti metalne dijelove u situacijama kada se metalni dijelovi lome ili su materijali oskudni.Osim toga, PEEK-ova lagana svojstva mogu biti od vrijednosti u istraživanju svemira.
Tehnologija 3D štampe može se koristiti za proizvodnju raznih dijelova za zrakoplovnu industriju.
Prednosti 3D štampe u vazduhoplovnoj industriji
Prednosti 3D štampe u vazduhoplovnoj industriji uključuju bolji završni izgled delova u poređenju sa tradicionalnim tehnikama gradnje.Johannes Homa, izvršni direktor austrijskog proizvođača 3D štampača Lithoz, izjavio je da "ova tehnologija čini dijelove lakšima".Zbog slobode dizajna, 3D štampani proizvodi su efikasniji i zahtevaju manje resursa.Ovo ima pozitivan uticaj na ekološki uticaj proizvodnje delova.Relativity Space je pokazao da aditivna proizvodnja može značajno smanjiti broj komponenti potrebnih za proizvodnju svemirskih letjelica.Za raketu Terran 1 sačuvano je 100 dijelova.Osim toga, ova tehnologija ima značajne prednosti u brzini proizvodnje, s tim da je raketa završena za manje od 60 dana.Nasuprot tome, proizvodnja rakete tradicionalnim metodama mogla bi potrajati nekoliko godina.
Što se tiče upravljanja resursima, 3D štampanje može uštedjeti materijale, a u nekim slučajevima čak i omogućiti recikliranje otpada.Konačno, aditivna proizvodnja može postati vrijedna imovina za smanjenje poletne težine raketa.Cilj je maksimizirati korištenje lokalnih materijala, kao što je regolit, i minimizirati transport materijala unutar svemirskih letjelica.Ovo omogućava nošenje samo 3D štampača, koji može kreirati sve na licu mesta nakon putovanja.
Made in Space je već poslao jedan od svojih 3D štampača u svemir na testiranje.
Ograničenja 3D štampe u prostoru
Iako 3D štampa ima mnoge prednosti, tehnologija je još uvijek relativno nova i ima ograničenja.Advenit Makaya je izjavio: "Jedan od glavnih problema s aditivnom proizvodnjom u avio industriji je kontrola procesa i validacija."Proizvođači mogu ući u laboratoriju i testirati snagu, pouzdanost i mikrostrukturu svakog dijela prije validacije, procesa poznatog kao ispitivanje bez razaranja (NDT).Međutim, to može biti i dugotrajno i skupo, pa je krajnji cilj smanjiti potrebu za ovim testovima.NASA je nedavno osnovala centar za rješavanje ovog problema, fokusiran na brzu certifikaciju metalnih komponenti proizvedenih aditivnom proizvodnjom.Centar ima za cilj korištenje digitalnih blizanaca za poboljšanje kompjuterskih modela proizvoda, što će pomoći inženjerima da bolje razumiju performanse i ograničenja dijelova, uključujući i koliki pritisak mogu izdržati prije loma.Na taj način, centar se nada da će pomoći u promociji primjene 3D štampe u avio industriji, čineći ga efikasnijim u nadmetanju s tradicionalnim tehnikama proizvodnje.
Ove komponente su podvrgnute sveobuhvatnom testiranju pouzdanosti i čvrstoće.
S druge strane, proces verifikacije je drugačiji ako se proizvodnja vrši u svemiru.ESA-in Advenit Makaya objašnjava: "Postoji tehnika koja uključuje analizu dijelova tokom štampanja."Ova metoda pomaže da se odredi koji su štampani proizvodi prikladni, a koji ne.Dodatno, postoji i samokorekcioni sistem za 3D štampače namenjen za prostor i testira se na metalnim mašinama.Ovaj sistem može identificirati potencijalne greške u procesu proizvodnje i automatski modificirati svoje parametre kako bi ispravio sve nedostatke u dijelu.Očekuje se da će ova dva sistema poboljšati pouzdanost štampanih proizvoda u prostoru.
Kako bi potvrdili rješenja za 3D štampanje, NASA i ESA su uspostavile standarde.Ovi standardi uključuju niz testova za utvrđivanje pouzdanosti dijelova.Oni razmatraju tehnologiju fuzije praha i ažuriraju je za druge procese.Međutim, mnogi veliki igrači u industriji materijala, kao što su Arkema, BASF, Dupont i Šabić, također pružaju ovu sljedivost.
Živjeti u svemiru?
Uz napredak tehnologije 3D štampanja, vidjeli smo mnoge uspješne projekte na Zemlji koji koriste ovu tehnologiju za izgradnju kuća.Zbog toga se zapitamo da li bi se ovaj proces mogao koristiti u bliskoj ili daljoj budućnosti za izgradnju useljivih struktura u svemiru.Iako je život u svemiru trenutno nerealan, izgradnja kuća, posebno na Mjesecu, može biti korisna za astronaute u izvršavanju svemirskih misija.Cilj Evropske svemirske agencije (ESA) je da izgradi kupole na Mjesecu koristeći lunarni regolit, koji se može koristiti za izgradnju zidova ili cigli za zaštitu astronauta od radijacije.Prema Advenitu Makaya iz ESA-e, lunarni regolit se sastoji od oko 60% metala i 40% kisika i bitan je materijal za preživljavanje astronauta jer može pružiti beskonačan izvor kisika ako se izvuče iz ovog materijala.
NASA je dodijelila grant od 57,2 miliona dolara kompaniji ICON za razvoj sistema za 3D štampanje za izgradnju struktura na površini Mjeseca, a također sarađuje s kompanijom na stvaranju staništa Mars Dune Alpha.Cilj je testirati uslove života na Marsu tako što će volonteri živjeti u staništu godinu dana, simulirajući uslove na Crvenoj planeti.Ovi napori predstavljaju ključne korake ka direktnoj konstrukciji 3D štampanih struktura na Mjesecu i Marsu, što bi na kraju moglo utrti put za kolonizaciju ljudskog svemira.
U dalekoj budućnosti ove kuće bi mogle omogućiti opstanak života u svemiru.
Vrijeme objave: Jun-14-2023