20-asrdan beri insoniyat kosmosni o'rganish va Yerdan tashqarida nima borligini tushunishga qiziqib kelgan. NASA va ESA kabi yirik tashkilotlar kosmik tadqiqotlarning yetakchi saflarida bo'lib kelgan va bu fathdagi yana bir muhim o'yinchi 3D bosib chiqarishdir. Murakkab qismlarni arzon narxlarda tezda ishlab chiqarish qobiliyati bilan ushbu dizayn texnologiyasi kompaniyalarda tobora ommalashib bormoqda. Bu sun'iy yo'ldoshlar, skafandrlar va raketa komponentlari kabi ko'plab ilovalarni yaratishni mumkin qiladi. Darhaqiqat, SmarTech ma'lumotlariga ko'ra, xususiy kosmik sanoat qo'shimcha ishlab chiqarishning bozor qiymati 2026-yilga kelib 2,1 milliard yevroga yetishi kutilmoqda. Bu savolni tug'diradi: 3D bosib chiqarish odamlarga kosmosda muvaffaqiyat qozonishga qanday yordam berishi mumkin?
Dastlab, 3D bosib chiqarish asosan tibbiyot, avtomobilsozlik va aerokosmik sanoatida tezkor prototiplash uchun ishlatilgan. Biroq, texnologiya tobora keng tarqalganligi sababli, u oxirgi maqsadli komponentlar uchun tobora ko'proq qo'llanilmoqda. Metall qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasi, xususan, L-PBF, ekstremal kosmik sharoitlar uchun mos xususiyatlarga va chidamlilikka ega turli xil metallarni ishlab chiqarish imkonini berdi. Aerokosmik komponentlarni ishlab chiqarishda DED, bog'lovchi jetting va ekstruziya jarayoni kabi boshqa 3D bosib chiqarish texnologiyalari ham qo'llaniladi. So'nggi yillarda yangi biznes modellari paydo bo'ldi, Made in Space va Relativity Space kabi kompaniyalar aerokosmik komponentlarni loyihalash uchun 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalanmoqda.
Nisbiylik fazosi aerokosmik sanoat uchun 3D printerni ishlab chiqmoqda
Aerokosmik sohada 3D bosib chiqarish texnologiyasi
Endi ularni taqdim etganimizdan so'ng, aerokosmik sanoatida qo'llaniladigan turli xil 3D bosib chiqarish texnologiyalarini batafsil ko'rib chiqaylik. Birinchidan, shuni ta'kidlash kerakki, metall qo'shimchalarini ishlab chiqarish, ayniqsa L-PBF, bu sohada eng keng qo'llaniladi. Bu jarayon metall kukunini qatlamma-qatlam birlashtirish uchun lazer energiyasidan foydalanishni o'z ichiga oladi. Bu, ayniqsa, kichik, murakkab, aniq va moslashtirilgan qismlarni ishlab chiqarish uchun juda mos keladi. Aerokosmik ishlab chiqaruvchilar ham metall sim yoki kukunni quyishni o'z ichiga olgan va asosan moslashtirilgan metall yoki keramik qismlarni ta'mirlash, qoplash yoki ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan DEDdan foyda olishlari mumkin.
Aksincha, bog'lovchi reaktiv bilan ishlov berish, 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 ham kosmosda foydalanish uchun mos emas, ammo PEEK kabi yuqori samarali plastmassalar mustahkamligi tufayli ba'zi metall qismlarni almashtirishi mumkin. Biroq, bu 3D bosib chiqarish jarayoni hali ham juda keng tarqalgan emas, ammo u yangi materiallardan foydalanish orqali kosmik tadqiqotlar uchun qimmatli aktivga aylanishi mumkin.
Lazerli kukunli yotoq termoyadroviy texnologiyasi (L-PBF) aerokosmik sohada 3D bosib chiqarishda keng qo'llaniladi.
Kosmik materiallarning salohiyati
Aerokosmik sanoati 3D bosib chiqarish orqali yangi materiallarni o'rganib, bozorni buzishi mumkin bo'lgan innovatsion alternativalarni taklif qilmoqda. Titan, alyuminiy va nikel-xrom qotishmalari kabi metallar har doim asosiy diqqat markazida bo'lgan bo'lsa-da, tez orada yangi material diqqat markazini o'zlashtirishi mumkin: oy regoliti. Oy regoliti - bu oyni qoplaydigan chang qatlami va ESA uni 3D bosib chiqarish bilan birlashtirishning afzalliklarini namoyish etdi. 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 Lithoz bilan hamkorlikda haqiqiy oy changiga o'xshash xususiyatlarga ega simulyatsiya qilingan oy regolitidan foydalanib, vintlar va tishli g'ildiraklar kabi kichik funktsional qismlarni ishlab chiqardi.
Oy regolitini ishlab chiqarishda ishtirok etadigan jarayonlarning aksariyati issiqlikdan foydalanadi, bu uni SLS va kukunli bosma eritmalar kabi texnologiyalar bilan moslashtiradi. ESA shuningdek, magniy xloridini materiallar bilan aralashtirish va uni simulyatsiya qilingan namunada topilgan magniy oksidi bilan birlashtirish orqali qattiq qismlarni ishlab chiqarish maqsadida D-Shape texnologiyasidan foydalanmoqda. Ushbu oy materialining muhim afzalliklaridan biri uning nozik bosma aniqligi bo'lib, u qismlarni eng yuqori aniqlikda ishlab chiqarish imkonini beradi. Bu xususiyat kelajakdagi oy bazalari uchun qo'llanilish doirasini kengaytirish va komponentlarni ishlab chiqarishda asosiy vositaga aylanishi mumkin.
Oy Regoliti hamma joyda
Marsda topilgan yer osti materiallariga ishora qiluvchi Mars regoliti ham mavjud. Hozirda xalqaro kosmik agentliklar bu materialni qayta tiklay olmaydilar, ammo bu olimlarning ayrim aerokosmik loyihalardagi salohiyatini o'rganishiga to'sqinlik qilmadi. Tadqiqotchilar ushbu materialning simulyatsiya qilingan namunalaridan foydalanmoqdalar va uni titan qotishmasi bilan birlashtirib, asboblar yoki raketa komponentlarini ishlab chiqarmoqdalar. Dastlabki natijalar shuni ko'rsatadiki, bu material yuqori mustahkamlikni ta'minlaydi va uskunalarni zanglash va radiatsiya shikastlanishidan himoya qiladi. Garchi bu ikki material o'xshash xususiyatlarga ega bo'lsa-da, oy regoliti hali ham eng ko'p sinovdan o'tgan material hisoblanadi. Yana bir afzalligi shundaki, bu materiallar Yerdan xom ashyoni tashish zaruratisiz joyida ishlab chiqarilishi mumkin. Bundan tashqari, regolit cheksiz material manbai bo'lib, tanqislikning oldini olishga yordam beradi.
Aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarish texnologiyasining qo'llanilishi
Aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarish texnologiyasining qo'llanilishi qo'llaniladigan aniq jarayonga qarab farq qilishi mumkin. Masalan, lazer kukuni qatlamini birlashtirish (L-PBF) asboblar tizimlari yoki kosmik ehtiyot qismlar kabi murakkab qisqa muddatli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Kaliforniyada joylashgan Launcher startapi o'zining E-2 suyuq raketa dvigatelini takomillashtirish uchun Velo3D ning sapfir-metall 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalangan. Ishlab chiqaruvchining jarayoni LOX (suyuq kislorod) ni tezlashtirish va yonish kamerasiga kiritishda muhim rol o'ynaydigan induksion turbina yaratish uchun ishlatilgan. Turbina va sensorning har biri 3D bosib chiqarish texnologiyasi yordamida chop etilgan va keyin yig'ilgan. Ushbu innovatsion komponent raketaga ko'proq suyuqlik oqimi va kattaroq tortish kuchini ta'minlaydi, bu esa uni dvigatelning ajralmas 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 konstruksiyalarni ishlab chiqarish. Masalan, Relativity Space kompaniyasining Stargate yechimi kabi 3D bosib chiqarish texnologiyalari raketa yoqilg'isi baklari va pervanel pichoqlari kabi katta qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Relativity Space buni deyarli butunlay 3D bosma raketa, jumladan, bir necha metr uzunlikdagi yoqilg'i bakini muvaffaqiyatli ishlab chiqarish orqali isbotladi. Uning 2023-yil 23-martda birinchi marta uchirilishi qo'shimcha ishlab chiqarish jarayonlarining samaradorligi va ishonchliligini namoyish etdi.
Ekstruziyaga asoslangan 3D bosib chiqarish texnologiyasi PEEK kabi yuqori samarali materiallardan foydalangan holda qismlarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ushbu termoplastikdan tayyorlangan komponentlar allaqachon kosmosda sinovdan o'tkazilgan va BAAning Oy missiyasi doirasida Rashid roveriga joylashtirilgan. Ushbu sinovning maqsadi PEEKning ekstremal Oy sharoitlariga chidamliligini baholash edi. Agar muvaffaqiyatli bo'lsa, PEEK metall qismlar sinib ketgan yoki materiallar kam bo'lgan holatlarda metall qismlarni almashtirishi mumkin. Bundan tashqari, PEEKning yengil xususiyatlari kosmik tadqiqotlarda qimmatli bo'lishi mumkin.
3D bosib chiqarish texnologiyasi aerokosmik sanoat uchun turli xil qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
Aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarishning afzalliklari
Aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarishning afzalliklari an'anaviy qurilish texnikalariga nisbatan qismlarning yakuniy ko'rinishini yaxshilashni o'z ichiga oladi. Avstriyaning 3D printer ishlab chiqaruvchisi Lithoz bosh direktori Yoxannes Xoma "bu texnologiya qismlarni yengillashtiradi" deb ta'kidladi. Dizayn erkinligi tufayli 3D bosilgan mahsulotlar samaraliroq va kamroq resurslarni talab qiladi. Bu qismlar ishlab chiqarishning atrof-muhitga ta'siriga ijobiy ta'sir ko'rsatadi. Relativity Space qo'shimcha 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 tejab qolindi. Bundan tashqari, ushbu texnologiya ishlab chiqarish tezligida sezilarli afzalliklarga ega, raketa 60 kundan kamroq vaqt ichida qurib bitkaziladi. 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. 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 minimallashtirishdir. Bu faqat 3D printerni olib yurish imkonini beradi, bu esa parvozdan keyin hamma narsani joyida yaratishi mumkin.
Made in Space allaqachon o'zining 3D printerlaridan birini sinov uchun kosmosga yubordi.
Kosmosda 3D chop etishning cheklovlari
3D bosib chiqarish ko'plab afzalliklarga ega bo'lsa-da, texnologiya hali ham nisbatan yangi va cheklovlarga ega. Advenit Makaya shunday dedi: "Aerokosmik sanoatda qo'shimcha ishlab chiqarishning asosiy muammolaridan biri bu jarayonni boshqarish va tasdiqlashdir." Ishlab chiqaruvchilar laboratoriyaga kirib, har bir qismning mustahkamligi, ishonchliligi va mikrotuzilmasini tasdiqlashdan oldin sinab ko'rishlari mumkin, bu jarayon buzilmas sinov (NDT) deb nomlanadi. Biroq, bu ham vaqt talab qiladigan, ham qimmat bo'lishi mumkin, shuning uchun asosiy maqsad ushbu sinovlarga ehtiyojni kamaytirishdir. NASA yaqinda ushbu muammoni hal qilish uchun qo'shimcha ishlab chiqarish orqali ishlab chiqarilgan metall komponentlarni tezkor sertifikatlashga qaratilgan markaz tashkil etdi. Markaz raqamli egizaklardan foydalanib, mahsulotlarning kompyuter modellarini takomillashtirishga qaratilgan bo'lib, bu muhandislarga qismlarning ishlashi va cheklovlarini, jumladan, sinishdan oldin ular qancha bosimga bardosh bera olishlarini yaxshiroq tushunishga yordam beradi. Shu tariqa markaz aerokosmik sanoatda 3D bosib chiqarishni qo'llashni rivojlantirishga yordam berishga umid qilmoqda, bu esa uni an'anaviy ishlab chiqarish texnikalari bilan raqobatlashishda samaraliroq qiladi.
Ushbu komponentlar keng qamrovli ishonchlilik va mustahkamlik sinovlaridan o'tkazildi.
Boshqa tomondan, agar ishlab chiqarish kosmosda amalga oshirilsa, tekshirish jarayoni boshqacha bo'ladi. ESA vakili Advenit Makaya shunday tushuntiradi: "Bosib chiqarish paytida qismlarni tahlil qilishni o'z ichiga olgan usul mavjud". Bu usul qaysi bosma mahsulotlar mos va qaysi biri mos emasligini aniqlashga yordam beradi. Bundan tashqari, kosmos uchun mo'ljallangan 3D printerlar uchun o'z-o'zini tuzatish tizimi mavjud va u metall mashinalarda sinovdan o'tkazilmoqda. Ushbu tizim ishlab chiqarish jarayonidagi mumkin bo'lgan xatolarni aniqlay oladi va qismdagi har qanday nuqsonlarni tuzatish uchun parametrlarini avtomatik ravishda o'zgartiradi. Ushbu ikki tizim kosmosda bosma mahsulotlarning ishonchliligini oshirishi kutilmoqda.
3D bosib chiqarish yechimlarini tasdiqlash uchun NASA va ESA standartlarni o'rnatdilar. Ushbu standartlar qismlarning ishonchliligini aniqlash uchun bir qator sinovlarni o'z ichiga oladi. Ular kukunli qatlamlarni birlashtirish texnologiyasini ko'rib chiqadilar va ularni boshqa jarayonlar uchun yangilaydilar. Biroq, Arkema, BASF, Dupont va Sabic kabi materiallar sanoatidagi ko'plab yirik o'yinchilar ham ushbu kuzatuvni ta'minlaydilar.
Kosmosda yashashmi?
3D bosib chiqarish texnologiyasining rivojlanishi bilan biz Yer yuzida ushbu texnologiyadan foydalanib, uylar qurishda ko'plab muvaffaqiyatli loyihalarni ko'rdik. Bu bizni yaqin yoki uzoq kelajakda kosmosda yashashga yaroqli inshootlarni qurish uchun ushbu jarayondan foydalanish mumkinmi, degan savolga majbur qiladi. Kosmosda yashash hozircha real bo'lmasa-da, ayniqsa oyda uylar qurish kosmonavtlar uchun kosmik missiyalarni bajarishda foydali bo'lishi mumkin. Yevropa kosmik agentligining (ESA) maqsadi oyda gumbazlar qurishdir, bu regolit kosmonavtlarni nurlanishdan himoya qilish uchun devorlar yoki g'ishtlar qurish uchun ishlatilishi mumkin. ESA vakili Advenit Makayaning so'zlariga ko'ra, oy regoliti taxminan 60% metall va 40% kisloroddan iborat bo'lib, kosmonavtlarning omon qolishi uchun muhim materialdir, chunki u ushbu materialdan ajratib olinsa, cheksiz kislorod manbai bo'lishi mumkin.
NASA Oy yuzasida inshootlar qurish uchun 3D bosib chiqarish tizimini ishlab chiqish uchun ICONga 57,2 million dollar grant ajratdi va shuningdek, kompaniya bilan Mars Dune Alpha yashash joyini yaratish ustida hamkorlik qilmoqda. Maqsad - ko'ngillilarni bir yil davomida yashash joyida yashashga majburlash orqali Marsdagi yashash sharoitlarini sinab ko'rish, Qizil sayyoradagi sharoitlarni simulyatsiya qilish. Bu sa'y-harakatlar Oy va Marsda 3D bosilgan inshootlarni to'g'ridan-to'g'ri qurish yo'lidagi muhim qadamlarni ifodalaydi, bu oxir-oqibat insoniyatning kosmosni mustamlaka qilishiga yo'l ochishi mumkin.
Uzoq kelajakda bu uylar kosmosda hayotning omon qolishiga imkon berishi mumkin.
Nashr vaqti: 2023-yil 14-iyun
