20-րդ դարից ի վեր մարդկությունը հետաքրքրված է տիեզերքի ուսումնասիրությամբ և Երկրից այն կողմ գտնվողի հասկացողությամբ: ՆԱՍԱ-ի և ԵՏՄ-ի նման խոշոր կազմակերպությունները առաջատար դիրք են գրավել տիեզերքի ուսումնասիրության գործում, և այս նվաճման մեկ այլ կարևոր դերակատար է 3D տպագրությունը: Բարդ մասերը արագ և ցածր գնով արտադրելու հնարավորության շնորհիվ այս նախագծային տեխնոլոգիան ավելի ու ավելի տարածված է դառնում ընկերություններում: Այն հնարավոր է դարձնում բազմաթիվ կիրառությունների ստեղծումը, ինչպիսիք են արբանյակները, տիեզերական կոստյումները և հրթիռների բաղադրիչները: Փաստորեն, ըստ SmarTech-ի, մասնավոր տիեզերական արդյունաբերության հավելանյութերի արտադրության շուկայական արժեքը, կանխատեսվում է, որ մինչև 2026 թվականը կհասնի 2.1 միլիարդ եվրոյի: Սա հարց է առաջացնում. ինչպե՞ս կարող է 3D տպագրությունը օգնել մարդկանց հաջողության հասնել տիեզերքում:
Սկզբում եռաչափ տպագրությունը հիմնականում օգտագործվում էր բժշկական, ավտոմոբիլային և ավիատիեզերական արդյունաբերություններում արագ նախատիպերի ստեղծման համար: Սակայն, քանի որ տեխնոլոգիան ավելի տարածված է դարձել, այն ավելի ու ավելի է օգտագործվում վերջնական նշանակության բաղադրիչների համար: Մետաղական հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան, մասնավորապես L-PBF-ը, թույլ է տվել արտադրել տարբեր մետաղներ, որոնք ունեն բնութագրեր և դիմացկունություն, որոնք հարմար են ծայրահեղ տիեզերական պայմանների համար: Ավիատիեզերական բաղադրիչների արտադրության մեջ օգտագործվում են նաև այլ եռաչափ տպագրության տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են DED-ը, կապակցող նյութերի շիթը և էքստրուզիայի գործընթացը: Վերջին տարիներին ի հայտ են եկել նոր բիզնես մոդելներ, որոնցում Made in Space-ի և Relativity Space-ի նման ընկերությունները օգտագործում են եռաչափ տպագրության տեխնոլոգիան ավիատիեզերական բաղադրիչներ նախագծելու համար:
Relativity Space-ը մշակում է 3D տպիչ ավիատիեզերական արդյունաբերության համար
3D տպագրության տեխնոլոգիան ավիատիեզերական ոլորտում
Հիմա, երբ դրանք ներկայացրեցինք, եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ օգտագործվող տարբեր 3D տպագրության տեխնոլոգիաները: Նախ, պետք է նշել, որ մետաղական հավելանյութերի արտադրությունը, մասնավորապես L-PBF-ը, ամենատարածվածն է այս ոլորտում: Այս գործընթացը ներառում է լազերային էներգիայի օգտագործում՝ մետաղական փոշին շերտ առ շերտ միաձուլելու համար: Այն հատկապես հարմար է փոքր, բարդ, ճշգրիտ և անհատականացված մասեր արտադրելու համար: Ավիատիեզերական արտադրողները նույնպես կարող են օգտվել DED-ից, որը ներառում է մետաղական մետաղալարի կամ փոշու նստեցում և հիմնականում օգտագործվում է անհատականացված մետաղական կամ կերամիկական մասերի վերանորոգման, ծածկույթի կամ արտադրության համար:
Ի տարբերություն դրա, կապակցանյութի շիթը, չնայած արտադրության արագության և ցածր գնի առումով առավելություն ունի, հարմար չէ բարձր արդյունավետությամբ մեխանիկական մասեր արտադրելու համար, քանի որ այն պահանջում է հետմշակման ամրացման քայլեր, որոնք մեծացնում են վերջնական արտադրանքի արտադրության ժամանակը: Էքստրուզիայի տեխնոլոգիան նույնպես արդյունավետ է տիեզերական միջավայրում: Պետք է նշել, որ ոչ բոլոր պոլիմերներն են հարմար տիեզերքում օգտագործելու համար, բայց բարձր արդյունավետությամբ պլաստմասսաները, ինչպիսին է PEEK-ը, կարող են փոխարինել որոշ մետաղական մասերի իրենց ամրության շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, այս 3D տպագրության գործընթացը դեռևս շատ տարածված չէ, բայց այն կարող է դառնալ արժեքավոր ակտիվ տիեզերքի ուսումնասիրության համար՝ օգտագործելով նոր նյութեր:
Լազերային փոշու շերտով միաձուլումը (L-PBF) լայնորեն կիրառվող տեխնոլոգիա է ավիատիեզերական արդյունաբերության համար եռաչափ տպագրության մեջ։
Տիեզերական նյութերի ներուժը
Ավիատիեզերական արդյունաբերությունը ուսումնասիրում է նոր նյութեր 3D տպագրության միջոցով՝ առաջարկելով նորարարական այլընտրանքներ, որոնք կարող են խաթարել շուկան: Մինչդեռ այնպիսի մետաղներ, ինչպիսիք են տիտանը, ալյումինը և նիկել-քրոմի համաձուլվածքները, միշտ եղել են ուշադրության կենտրոնում, շուտով կարող է ուշադրության կենտրոնում հայտնվել նոր նյութ՝ լուսնային ռեգոլիթը: Լուսնային ռեգոլիթը փոշու շերտ է, որը ծածկում է լուսինը, և ESA-ն ցույց է տվել դրա 3D տպագրության հետ համատեղելու առավելությունները: ESA-ի ավագ արտադրական ինժեներ Ադվենիտ Մակայան լուսնային ռեգոլիթը նկարագրում է որպես բետոնի նման, որը հիմնականում կազմված է սիլիցիումից և այլ քիմիական տարրերից, ինչպիսիք են երկաթը, մագնեզիումը, ալյումինը և թթվածինը: ESA-ն համագործակցել է Lithoz-ի հետ՝ արտադրելու փոքր ֆունկցիոնալ մասեր, ինչպիսիք են պտուտակները և ատամնանիվները՝ օգտագործելով լուսնային ռեգոլիթի իմիտացիա, որն ունի իրական լուսնային փոշուն նման հատկություններ:
Լուսնային ռեգոլիթի արտադրության մեջ ներգրավված գործընթացների մեծ մասը օգտագործում է ջերմություն, ինչը այն համատեղելի է դարձնում այնպիսի տեխնոլոգիաների հետ, ինչպիսիք են SLS-ը և փոշեկապման տպագրության լուծույթները: ESA-ն նաև օգտագործում է D-Shape տեխնոլոգիան՝ մագնեզիումի քլորիդը նյութերի հետ խառնելով և այն մոդելավորված նմուշում առկա մագնեզիումի օքսիդի հետ համատեղելով՝ պինդ մասեր ստանալու նպատակով: Այս լուսնային նյութի նշանակալի առավելություններից մեկը դրա ավելի նուրբ տպագրական լուծաչափն է, որը թույլ է տալիս արտադրել մասեր ամենաբարձր ճշգրտությամբ: Այս առանձնահատկությունը կարող է դառնալ հիմնական ակտիվը՝ ապագա լուսնային բազաների համար կիրառությունների շրջանակը ընդլայնելու և բաղադրիչներ արտադրելու գործում:
Լուսնային ռեգոլիթը ամենուր է
Կա նաև մարսյան ռեգոլիթ, որը վերաբերում է Մարսի վրա հայտնաբերված ստորգետնյա նյութին: Ներկայումս միջազգային տիեզերական գործակալությունները չեն կարող վերականգնել այս նյութը, բայց դա չի խանգարել գիտնականներին ուսումնասիրել դրա ներուժը որոշակի ավիատիեզերական նախագծերում: Հետազոտողները օգտագործում են այս նյութի մոդելավորված նմուշներ և համատեղում այն տիտանի համաձուլվածքի հետ՝ գործիքներ կամ հրթիռային բաղադրիչներ արտադրելու համար: Սկզբնական արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս նյութը կապահովի ավելի բարձր ամրություն և կպաշտպանի սարքավորումները ժանգոտումից և ճառագայթային վնասից: Չնայած այս երկու նյութերն ունեն նմանատիպ հատկություններ, լուսնային ռեգոլիթը դեռևս ամենաշատ փորձարկված նյութն է: Մեկ այլ առավելությունն այն է, որ այս նյութերը կարող են արտադրվել տեղում՝ առանց Երկրից հումք տեղափոխելու անհրաժեշտության: Բացի այդ, ռեգոլիթը անսպառ նյութական աղբյուր է, որը օգնում է կանխել սակավությունը:
3D տպագրության տեխնոլոգիայի կիրառությունները ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ
3D տպագրության տեխնոլոգիայի կիրառությունները ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ կարող են տարբեր լինել՝ կախված օգտագործվող կոնկրետ գործընթացից: Օրինակ, լազերային փոշու շերտի միաձուլումը (L-PBF) կարող է օգտագործվել բարդ կարճաժամկետ մասերի, ինչպիսիք են գործիքային համակարգերը կամ տիեզերական պահեստամասերը, արտադրության համար: Կալիֆոռնիայում գործող Launcher ստարտափը օգտագործել է Velo3D-ի շափյուղա-մետաղական 3D տպագրության տեխնոլոգիան՝ իր E-2 հեղուկ հրթիռային շարժիչը բարելավելու համար: Արտադրողի գործընթացը օգտագործվել է ինդուկցիոն տուրբին ստեղծելու համար, որը կարևոր դեր է խաղում LOX-ը (հեղուկ թթվածին) արագացնելու և այրման խցիկ մտցնելու գործում: Տուրբինը և սենսորը տպագրվել են 3D տպագրության տեխնոլոգիայով, ապա հավաքվել: Այս նորարարական բաղադրիչը հրթիռին ապահովում է ավելի մեծ հեղուկի հոսք և ավելի մեծ հրող ուժ՝ այն դարձնելով շարժիչի անփոխարինելի մաս:
Velo3D-ն նպաստեց PBF տեխնոլոգիայի օգտագործմանը E-2 հեղուկային հրթիռային շարժիչի արտադրության մեջ։
Հավելյալ արտադրությունն ունի լայն կիրառություն, ներառյալ փոքր և մեծ կառուցվածքների արտադրությունը: Օրինակ, 3D տպագրության տեխնոլոգիաները, ինչպիսին է Relativity Space-ի Stargate լուծումը, կարող են օգտագործվել մեծ մասերի, ինչպիսիք են հրթիռային վառելիքի բաքերը և պտուտակի թևերը, արտադրության համար: Relativity Space-ը դա ապացուցել է Terran 1-ի հաջող արտադրությամբ, որը գրեթե ամբողջությամբ 3D տպագրված հրթիռ է, որը ներառում է մի քանի մետր երկարությամբ վառելիքի բաք: Դրա առաջին արձակումը 2023 թվականի մարտի 23-ին ցույց տվեց հավելյալ արտադրության գործընթացների արդյունավետությունն ու հուսալիությունը:
Էքստրուզիայի վրա հիմնված 3D տպագրության տեխնոլոգիան նաև թույլ է տալիս արտադրել մասեր՝ օգտագործելով բարձր արդյունավետության նյութեր, ինչպիսին է PEEK-ը: Այս ջերմապլաստիկից պատրաստված բաղադրիչներն արդեն փորձարկվել են տիեզերքում և տեղադրվել են Ռաշիդ մարսագնացի վրա՝ ԱՄԷ լուսնային առաքելության շրջանակներում: Այս փորձարկման նպատակն էր գնահատել PEEK-ի դիմադրությունը լուսնային ծայրահեղ պայմաններին: Հաջողության դեպքում PEEK-ը կարող է փոխարինել մետաղական մասերը այն դեպքերում, երբ մետաղական մասերը կոտրվում են կամ նյութերը սակավ են: Բացի այդ, PEEK-ի թեթև քաշի հատկությունները կարող են արժեքավոր լինել տիեզերքի ուսումնասիրության մեջ:
3D տպագրության տեխնոլոգիան կարող է օգտագործվել ավիատիեզերական արդյունաբերության համար տարբեր մասեր արտադրելու համար։
3D տպագրության առավելությունները ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ
Ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ 3D տպագրության առավելություններից են մասերի վերջնական տեսքի բարելավումը՝ համեմատած ավանդական շինարարական տեխնիկայի հետ: Ավստրիական 3D տպիչներ արտադրող Lithoz ընկերության գործադիր տնօրեն Յոհաննես Հոման նշել է, որ «այս տեխնոլոգիան մասերը դարձնում է ավելի թեթև»: Նախագծման ազատության շնորհիվ 3D տպագրված արտադրանքն ավելի արդյունավետ է և պահանջում է ավելի քիչ ռեսուրսներ: Սա դրական ազդեցություն ունի մասերի արտադրության շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության վրա: Relativity Space-ը ցույց է տվել, որ հավելանյութերի արտադրությունը կարող է զգալիորեն կրճատել տիեզերանավի արտադրության համար անհրաժեշտ բաղադրիչների քանակը: Terran 1 հրթիռի համար խնայվել է 100 մաս: Բացի այդ, այս տեխնոլոգիան զգալի առավելություններ ունի արտադրության արագության մեջ, քանի որ հրթիռը պատրաստվում է 60 օրից պակաս ժամանակում: Ի տարբերություն դրա, ավանդական մեթոդներով հրթիռի արտադրությունը կարող է տևել մի քանի տարի:
Ռեսուրսների կառավարման հարցում, 3D տպագրությունը կարող է խնայել նյութեր և, որոշ դեպքերում, նույնիսկ թույլ տալ թափոնների վերամշակում: Վերջապես, հավելանյութերի արտադրությունը կարող է դառնալ արժեքավոր ակտիվ հրթիռների թռիչքի քաշը նվազեցնելու համար: Նպատակն է առավելագույնի հասցնել տեղական նյութերի, ինչպիսիք են ռեգոլիթը, օգտագործումը և նվազագույնի հասցնել նյութերի տեղափոխումը տիեզերանավի ներսում: Սա հնարավորություն է տալիս տեղափոխել միայն 3D տպիչ, որը կարող է ամեն ինչ ստեղծել տեղում՝ թռիչքից հետո:
Made in Space-ը արդեն ուղարկել է իր 3D տպիչներից մեկը տիեզերք՝ փորձարկման համար։
Տիեզերքում 3D տպագրության սահմանափակումները
Չնայած 3D տպագրությունն ունի բազմաթիվ առավելություններ, տեխնոլոգիան դեռևս համեմատաբար նոր է և ունի սահմանափակումներ: Ադվենիտ Մակայան նշել է. «Ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ հավելումային արտադրության հիմնական խնդիրներից մեկը գործընթացի վերահսկումն ու վավերացումն է»: Արտադրողները կարող են մտնել լաբորատորիա և վավերացումից առաջ ստուգել յուրաքանչյուր մասի ամրությունը, հուսալիությունը և միկրոկառուցվածքը, մի գործընթաց, որը հայտնի է որպես ոչ-քայքայիչ փորձարկում (NDT): Այնուամենայնիվ, սա կարող է լինել և՛ ժամանակատար, և՛ թանկ, ուստի վերջնական նպատակը այս փորձարկումների անհրաժեշտության նվազեցումն է: NASA-ն վերջերս ստեղծել է կենտրոն՝ այս խնդիրը լուծելու համար, որը կենտրոնացած է հավելումային արտադրության միջոցով արտադրված մետաղական բաղադրիչների արագ հավաստագրման վրա: Կենտրոնը նպատակ ունի օգտագործել թվային երկվորյակներ՝ արտադրանքի համակարգչային մոդելները բարելավելու համար, ինչը կօգնի ինժեներներին ավելի լավ հասկանալ մասերի աշխատանքը և սահմանափակումները, այդ թվում՝ թե որքան ճնշման կարող են դրանք դիմակայել կոտրվելուց առաջ: Դա անելով՝ կենտրոնը հույս ունի նպաստել 3D տպագրության կիրառման խթանմանը ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ՝ այն դարձնելով ավելի արդյունավետ ավանդական արտադրական տեխնիկայի հետ մրցակցելու հարցում:
Այս բաղադրիչները ենթարկվել են հուսալիության և ամրության համապարփակ փորձարկումների։
Մյուս կողմից, ստուգման գործընթացը տարբեր է, եթե արտադրությունը կատարվում է տիեզերքում: ESA-ի Ադվենիտ Մակայան բացատրում է. «Կա մի տեխնիկա, որը ներառում է մասերի վերլուծություն տպագրության ընթացքում»: Այս մեթոդը օգնում է որոշել, թե որ տպագիր արտադրանքն է հարմար, և որոնք՝ ոչ: Բացի այդ, կա ինքնաուղղման համակարգ տիեզերքի համար նախատեսված 3D տպիչների համար, որը փորձարկվում է մետաղական մեքենաների վրա: Այս համակարգը կարող է բացահայտել արտադրական գործընթացում հնարավոր սխալները և ավտոմատ կերպով փոփոխել իր պարամետրերը՝ մասի ցանկացած թերություն շտկելու համար: Ակնկալվում է, որ այս երկու համակարգերը կբարելավեն տպագիր արտադրանքի հուսալիությունը տիեզերքում:
3D տպագրության լուծումները վավերացնելու համար NASA-ն և ESA-ն սահմանել են ստանդարտներ: Այս ստանդարտները ներառում են մի շարք թեստեր՝ մասերի հուսալիությունը որոշելու համար: Նրանք հաշվի են առնում փոշե շերտով միաձուլման տեխնոլոգիան և թարմացնում են դրանք այլ գործընթացների համար: Այնուամենայնիվ, նյութերի արդյունաբերության շատ խոշոր խաղացողներ, ինչպիսիք են Arkema-ն, BASF-ը, Dupont-ը և Sabic-ը, նույնպես ապահովում են այս հետագծելիությունը:
Ապրե՞լ տիեզերքում։
3D տպագրության տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, մենք տեսել ենք Երկրի վրա բազմաթիվ հաջողված նախագծեր, որոնք օգտագործում են այս տեխնոլոգիան տներ կառուցելու համար: Սա մեզ մտածելու տեղիք է տալիս, թե արդյոք այս գործընթացը կարող է օգտագործվել մոտ կամ հեռավոր ապագայում տիեզերքում բնակելի կառույցներ կառուցելու համար: Չնայած տիեզերքում ապրելը ներկայումս անիրատեսական է, տներ կառուցելը, մասնավորապես լուսնի վրա, կարող է օգտակար լինել տիեզերագնացների համար տիեզերական առաքելություններ իրականացնելիս: Եվրոպական տիեզերական գործակալության (ԵՏԳ) նպատակն է Լուսնի վրա գմբեթներ կառուցել՝ օգտագործելով լուսնային ռեգոլիթ, որը կարող է օգտագործվել պատեր կամ աղյուսներ կառուցելու համար՝ տիեզերագնացներին ճառագայթումից պաշտպանելու համար: ԵՏԳ-ի Ադվենիտ Մակայայի խոսքով՝ լուսնային ռեգոլիթը բաղկացած է մոտ 60% մետաղից և 40% թթվածնից և կարևոր նյութ է տիեզերագնացների գոյատևման համար, քանի որ այն կարող է ապահովել թթվածնի անվերջ աղբյուր, եթե այն արդյունահանվի այս նյութից:
ՆԱՍԱ-ն ICON-ին տրամադրել է 57.2 միլիոն դոլարի դրամաշնորհ՝ Լուսնի մակերևույթի վրա կառույցներ կառուցելու համար 3D տպագրության համակարգ մշակելու համար, ինչպես նաև համագործակցում է ընկերության հետ՝ Մարսի ավազաբլուր-ալֆա բնակավայր ստեղծելու համար: Նպատակն է փորձարկել Մարսի վրա կենսապայմանները՝ կամավորներին մեկ տարի բնակեցնելով բնակավայրում՝ մոդելավորելով Կարմիր մոլորակի պայմանները: Այս ջանքերը կարևոր քայլեր են Լուսնի և Մարսի վրա 3D տպագրությամբ կառույցներ ուղղակիորեն կառուցելու ուղղությամբ, ինչը, ի վերջո, կարող է հիմք հանդիսանալ մարդկային տիեզերական գաղութացման համար:
Հեռավոր ապագայում այս տները կարող են հնարավորություն տալ կյանքի գոյատևման տիեզերքում։
Հրապարակման ժամանակը. Հունիս-14-2023
