20-asrdan beri insoniyat koinotni o'rganish va Yerdan tashqarida nima borligini tushunishga qiziqib qoldi.NASA va ESA kabi yirik tashkilotlar koinotni tadqiq qilishda birinchi o'rinda turishgan va bu fathning yana bir muhim o'yinchisi 3D bosib chiqarishdir.Murakkab qismlarni arzon narxlarda tez ishlab chiqarish qobiliyatiga ega bo'lgan ushbu dizayn texnologiyasi kompaniyalarda tobora ommalashib bormoqda.Bu sun'iy yo'ldoshlar, skafandrlar va raketa komponentlari kabi ko'plab ilovalarni yaratishga imkon beradi.Aslida, SmarTech ma'lumotlariga ko'ra, xususiy kosmik sanoat qo'shimchalarini ishlab chiqarishning bozor qiymati 2026 yilga borib 2,1 milliard evroga yetishi kutilmoqda. Bu savolni tug'diradi: 3D bosib chiqarish odamlarga kosmosda ustunlikka qanday yordam berishi mumkin?
Dastlab, 3D bosib chiqarish asosan tibbiyot, avtomobilsozlik va aerokosmik sohalarda tezkor prototiplash uchun ishlatilgan.Biroq, texnologiya keng tarqalgan bo'lib, u yakuniy maqsadli komponentlar uchun tobora ko'proq foydalanilmoqda.Metall qo'shimchalarni ishlab chiqarish texnologiyasi, xususan, L-PBF ekstremal kosmik sharoitlarga mos keladigan xarakteristikalar va chidamlilik bilan turli xil metallarni ishlab chiqarish imkonini berdi.Aerokosmik qismlarni ishlab chiqarishda DED, biriktiruvchi oqim va ekstruziya jarayoni kabi boshqa 3D bosib chiqarish texnologiyalari ham qo'llaniladi.So'nggi yillarda yangi biznes modellari paydo bo'ldi, ularda Made in Space va Relativity Space kabi kompaniyalar aerokosmik komponentlarni loyihalash uchun 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalanadilar.
Relativity Space aerokosmik sanoati uchun 3D printerni ishlab chiqmoqda
Aerokosmikda 3D bosib chiqarish texnologiyasi
Endi biz ularni tanishtirdik, keling, aerokosmik sanoatida qo'llaniladigan turli xil 3D bosib chiqarish texnologiyalarini batafsil ko'rib chiqaylik.Birinchidan, shuni ta'kidlash kerakki, metall qo'shimchalar ishlab chiqarish, ayniqsa L-PBF, bu sohada eng ko'p qo'llaniladi.Bu jarayon lazer energiyasidan metall kukuni qatlamini qatlam bilan birlashtirish uchun foydalanishni o'z ichiga oladi.Ayniqsa, kichik, murakkab, aniq va moslashtirilgan qismlarni ishlab chiqarish uchun javob beradi.Aerokosmik ishlab chiqaruvchilar, shuningdek, metall sim yoki kukunni yotqizishni o'z ichiga olgan va asosan moslashtirilgan metall yoki keramika qismlarini ta'mirlash, qoplash yoki ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan DED-dan foydalanishlari mumkin.
Bundan farqli o'laroq, biriktiruvchi oqim, ishlab chiqarish tezligi va arzonligi jihatidan foydali bo'lsa-da, yuqori samarali mexanik qismlarni ishlab chiqarish uchun mos emas, chunki u yakuniy mahsulotni ishlab chiqarish vaqtini oshiradigan qayta ishlashdan keyingi mustahkamlash bosqichlarini talab qiladi.Ekstruziya texnologiyasi kosmik muhitda ham samarali.Shuni ta'kidlash kerakki, barcha polimerlar kosmosda foydalanish uchun mos emas, lekin PEEK kabi yuqori samarali plastmassalar kuchliligi tufayli ba'zi metall qismlarni almashtirishi mumkin.Biroq, bu 3D bosib chiqarish jarayoni hali ham juda keng tarqalgan emas, lekin u yangi materiallardan foydalangan holda kosmik tadqiqotlar uchun qimmatli aktivga aylanishi mumkin.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) aerokosmik uchun 3D bosib chiqarishda keng qo'llaniladigan texnologiyadir.
Kosmik materiallarning salohiyati
Aerokosmik sanoati 3D bosib chiqarish orqali yangi materiallarni o'rganib, bozorni buzishi mumkin bo'lgan innovatsion alternativlarni taklif qilmoqda.Titan, alyuminiy va nikel-xrom qotishmalari kabi metallar har doim asosiy e'tibor bo'lib kelgan bo'lsa-da, yangi material tez orada diqqat markazini o'g'irlashi mumkin: oy regolit.Oy regolit - bu Oyni qoplaydigan chang qatlami va ESA uni 3D bosib chiqarish bilan birlashtirishning afzalliklarini ko'rsatdi.ESAning katta ishlab chiqarish muhandisi Advenit Makaya oy regolitini betonga o'xshash, asosan kremniy va temir, magniy, alyuminiy va kislorod kabi boshqa kimyoviy elementlardan tashkil topgan deb ta'riflaydi.ESA haqiqiy oy changiga o'xshash xususiyatlarga ega simulyatsiya qilingan oy regolitidan foydalangan holda vintlardek va viteslar kabi kichik funktsional qismlarni ishlab chiqarish uchun Lithoz bilan hamkorlik qildi.
Oy regolitini ishlab chiqarish bilan bog'liq jarayonlarning aksariyati issiqlikdan foydalanadi, bu esa uni SLS va changni yopishtirish bosma echimlar kabi texnologiyalarga moslashtiradi.ESA, shuningdek, D-Shape texnologiyasidan foydalanib, magniy xloridni materiallar bilan aralashtirish va uni simulyatsiya qilingan namunada topilgan magniy oksidi bilan birlashtirish orqali qattiq qismlarni ishlab chiqarishni maqsad qilgan.Ushbu oy materialining muhim afzalliklaridan biri uning yuqori aniqlikdagi qismlarni ishlab chiqarish imkonini beruvchi nozik bosma ruxsatidir.Bu xususiyat kelajakdagi oy bazalari uchun ilovalar va ishlab chiqarish komponentlari doirasini kengaytirishda asosiy aktivga aylanishi mumkin.
Oy Regoliti hamma joyda
Marsda topilgan er osti materialiga ishora qiluvchi mars regolit ham bor.Hozirgi vaqtda xalqaro kosmik agentliklar ushbu materialni qayta tiklay olmaydilar, ammo bu olimlarni ma'lum aerokosmik loyihalarda uning imkoniyatlarini o'rganishga to'sqinlik qilmadi.Tadqiqotchilar ushbu materialning simulyatsiya qilingan namunalaridan foydalanmoqda va asboblar yoki raketa komponentlarini ishlab chiqarish uchun uni titanium qotishmasi bilan birlashtirmoqda.Dastlabki natijalar shuni ko'rsatadiki, bu material yuqori quvvatni ta'minlaydi va uskunani zang va radiatsiyaviy shikastlanishdan himoya qiladi.Ushbu ikki material o'xshash xususiyatlarga ega bo'lsa-da, oy regolitlari hali ham eng ko'p sinovdan o'tgan materialdir.Yana bir afzalligi shundaki, bu materiallarni Yerdan xomashyo tashishga hojat qoldirmasdan o‘z o‘zida ishlab chiqarish mumkin.Bundan tashqari, regolit bitmas-tuganmas moddiy manba bo'lib, tanqislikning oldini olishga yordam beradi.
Aerokosmik sanoatida 3D bosib chiqarish texnologiyasini qo'llash
Aerokosmik sanoatida 3D bosib chiqarish texnologiyasining qo'llanilishi ishlatiladigan maxsus jarayonga qarab farq qilishi mumkin.Masalan, lazerli kukunli qatlam termoyadroviy (L-PBF) asbob tizimlari yoki kosmik ehtiyot qismlar kabi murakkab qisqa muddatli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.Kaliforniyada joylashgan Launcher startapi E-2 suyuq raketa dvigatelini yaxshilash uchun Velo3D’ning sapfir-metall 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalangan.Yonish kamerasiga LOX (suyuq kislorod) ni tezlashtirish va haydashda hal qiluvchi rol o'ynaydigan induksion turbinani yaratish uchun ishlab chiqaruvchining jarayoni ishlatilgan.Turbina va sensorning har biri 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalangan holda chop etilgan va keyin yig'ilgan.Ushbu innovatsion komponent raketani ko'proq suyuqlik oqimi va ko'proq tortishish bilan ta'minlaydi, bu esa uni dvigatelning muhim qismiga aylantiradi.
Velo3D E-2 suyuq raketa dvigatelini ishlab chiqarishda PBF texnologiyasidan foydalanishga hissa qo'shdi.
Qo'shimcha ishlab chiqarish keng qo'llaniladi, jumladan, kichik va katta tuzilmalarni ishlab chiqarish.Misol uchun, Relativity Space's Stargate yechimi kabi 3D bosib chiqarish texnologiyalari raketa yonilg'i baklari va parvona pichoqlari kabi katta qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.Nisbiylik fazosi buni deyarli butunlay 3D printerda chop etilgan, jumladan, bir necha metr uzunlikdagi yonilg‘i baki bo‘lgan Terran 1 raketasini muvaffaqiyatli ishlab chiqarish orqali isbotladi.Uning 2023-yil 23-martdagi birinchi ishga tushirilishi qo‘shimchalar ishlab chiqarish jarayonlarining samaradorligi va ishonchliligini namoyish etdi.
Ekstruziyaga asoslangan 3D bosib chiqarish texnologiyasi, shuningdek, PEEK kabi yuqori samarali materiallardan foydalangan holda qismlarni ishlab chiqarish imkonini beradi.Ushbu termoplastikadan tayyorlangan komponentlar allaqachon koinotda sinovdan o‘tkazilgan va BAA oy missiyasi doirasida Rashid roveriga joylashtirilgan.Ushbu testning maqsadi PEEK ning ekstremal Oy sharoitlariga chidamliligini baholash edi.Agar muvaffaqiyatli bo'lsa, PEEK metall qismlar singan yoki materiallar kam bo'lgan holatlarda metall qismlarni almashtirishi mumkin.Bundan tashqari, PEEK ning engil xususiyatlari koinotni tadqiq qilishda muhim ahamiyatga ega bo'lishi mumkin.
3D bosib chiqarish texnologiyasi aerokosmik sanoati uchun turli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
Aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarishning afzalliklari
Aerokosmik sanoatida 3D bosib chiqarishning afzalliklari an'anaviy qurilish texnikasi bilan solishtirganda qismlarning yakuniy ko'rinishini yaxshilashni o'z ichiga oladi.Avstriyaning 3D printer ishlab chiqaruvchisi Lithoz kompaniyasi bosh direktori Yoxannes Xoma “bu texnologiya qismlarni yengilroq qiladi”, dedi.Dizayn erkinligi tufayli 3D bosma mahsulotlar samaraliroq va kamroq resurslarni talab qiladi.Bu qismlar ishlab chiqarishning atrof-muhitga ta'siriga ijobiy ta'sir ko'rsatadi.Nisbiylik fazosi qo'shimchalar ishlab chiqarish kosmik kemalarni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan komponentlar sonini sezilarli darajada kamaytirishi mumkinligini ko'rsatdi.Terran 1 raketasi uchun 100 ta qism saqlanib qoldi.Bundan tashqari, ushbu texnologiya ishlab chiqarish tezligida sezilarli afzalliklarga ega, raketa 60 kundan kamroq vaqt ichida yakunlanadi.Aksincha, an'anaviy usullardan foydalangan holda raketa ishlab chiqarish bir necha yil davom etishi mumkin.
Resurslarni boshqarishga kelsak, 3D bosib chiqarish materiallarni tejashga va ba'zi hollarda hatto chiqindilarni qayta ishlashga imkon beradi.Va nihoyat, qo'shimcha ishlab chiqarish raketalarning uchish og'irligini kamaytirish uchun qimmatli aktivga aylanishi mumkin.Maqsad - regolit kabi mahalliy materiallardan maksimal darajada foydalanish va kosmik kemalar ichida materiallarni tashishni minimallashtirish.Bu faqat 3D printerni olib yurish imkonini beradi, u sayohatdan keyin hamma narsani joyida yaratishi mumkin.
Made in Space allaqachon o'zining 3D printerlaridan birini sinovdan o'tkazish uchun fazoga yuborgan.
Kosmosda 3D bosib chiqarishning cheklovlari
3D bosib chiqarish ko'plab afzalliklarga ega bo'lsa-da, texnologiya hali ham nisbatan yangi va cheklovlarga ega.Advenit Makaya shunday dedi: "Aerokosmik sanoatida qo'shimchalar ishlab chiqarish bilan bog'liq asosiy muammolardan biri bu jarayonni nazorat qilish va tekshirishdir."Ishlab chiqaruvchilar laboratoriyaga kirib, tekshirishdan oldin har bir qismning mustahkamligi, ishonchliligi va mikro tuzilishini sinab ko'rishlari mumkin, bu buzilmaydigan sinov (NDT) deb nomlanuvchi jarayon.Biroq, bu ko'p vaqt talab qiladigan va qimmat bo'lishi mumkin, shuning uchun yakuniy maqsad ushbu testlarga bo'lgan ehtiyojni kamaytirishdir.NASA yaqinda ushbu muammoni hal qilish uchun qo'shimchalar ishlab chiqarish orqali ishlab chiqarilgan metall komponentlarni tezkor sertifikatlashga qaratilgan markazni tashkil etdi.Markaz mahsulotlarning kompyuter modellarini yaxshilash uchun raqamli egizaklardan foydalanishni maqsad qilgan, bu muhandislarga qismlarning ishlashi va cheklovlarini, jumladan, sinishdan oldin qancha bosimga bardosh bera olishini yaxshiroq tushunishga yordam beradi.Shunday qilib, markaz aerokosmik sanoatida 3D bosib chiqarishni qo'llashni targ'ib qilishga yordam beradi, bu esa uni an'anaviy ishlab chiqarish texnikasi bilan raqobatda yanada samaraliroq qiladi.
Ushbu komponentlar har tomonlama ishonchlilik va kuch sinovlaridan o'tgan.
Boshqa tomondan, agar ishlab chiqarish kosmosda amalga oshirilsa, tekshirish jarayoni boshqacha.ESA ning Advenit Makaya tushuntiradi: "Bosib chiqarish vaqtida qismlarni tahlil qilishni o'z ichiga olgan texnika mavjud."Bu usul qaysi bosma mahsulotlar mos va qaysi biri mos kelmasligini aniqlashga yordam beradi.Bundan tashqari, kosmosga mo'ljallangan 3D printerlar uchun o'z-o'zini tuzatish tizimi mavjud va metall mashinalarda sinovdan o'tkazilmoqda.Ushbu tizim ishlab chiqarish jarayonida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan xatolarni aniqlashi va qismdagi har qanday nuqsonlarni tuzatish uchun uning parametrlarini avtomatik ravishda o'zgartirishi mumkin.Ushbu ikki tizim bosma mahsulotlarning kosmosda ishonchliligini oshirishi kutilmoqda.
3D bosib chiqarish echimlarini tasdiqlash uchun NASA va ESA standartlarni o'rnatdi.Ushbu standartlar qismlarning ishonchliligini aniqlash uchun bir qator testlarni o'z ichiga oladi.Ular kukunli qatlam termoyadroviy texnologiyasini ko'rib chiqadilar va ularni boshqa jarayonlar uchun yangilaydilar.Biroq, Arkema, BASF, Dupont va Sabic kabi materiallar sanoatining ko'plab yirik o'yinchilari ham ushbu kuzatuvni ta'minlaydi.
Kosmosda yashash?
3D bosib chiqarish texnologiyasining rivojlanishi bilan biz Yer yuzida ushbu texnologiyadan uylar qurishda foydalanadigan ko'plab muvaffaqiyatli loyihalarni ko'rdik.Bu bizni bu jarayon yaqin yoki uzoq kelajakda kosmosda yashashga yaroqli inshootlarni qurish uchun ishlatilishi mumkinmi degan savol tug'diradi.Kosmosda yashash hozircha haqiqatga to'g'ri kelmaydigan bo'lsa-da, uylar qurish, ayniqsa Oyda, kosmik missiyalarni bajarishda astronavtlar uchun foydali bo'lishi mumkin.Evropa kosmik agentligining (ESA) maqsadi oy regolitidan foydalangan holda Oyda gumbazlar qurishdan iborat bo'lib, ular kosmonavtlarni radiatsiyadan himoya qilish uchun devor yoki g'isht qurish uchun ishlatilishi mumkin.ESAdan Advenit Makayaning so'zlariga ko'ra, oy regolitlari taxminan 60% metall va 40% kisloroddan iborat va kosmonavtning omon qolishi uchun muhim materialdir, chunki u ushbu materialdan olinadigan kislorodning cheksiz manbasini ta'minlaydi.
NASA Oy yuzasida konstruksiyalarni qurish uchun 3D bosib chiqarish tizimini ishlab chiqish uchun ICON kompaniyasiga 57,2 million dollar grant ajratdi va shuningdek, kompaniya bilan Mars Dune Alpha yashash muhitini yaratishda hamkorlik qilmoqda.Maqsad - Qizil sayyoradagi sharoitlarni taqlid qilib, ko'ngillilarning yashash muhitida bir yil yashashi orqali Marsdagi yashash sharoitlarini sinab ko'rish.Ushbu sa'y-harakatlar Oy va Marsda to'g'ridan-to'g'ri 3D bosilgan tuzilmalarni qurish yo'lidagi muhim qadamlarni ifodalaydi, bu esa oxir-oqibat insonning kosmosni mustamlaka qilishiga yo'l ochishi mumkin.
Uzoq kelajakda bu uylar kosmosda hayotni saqlab qolishi mumkin.
Xat vaqti: 2023-yil-14-iyun