20-րդ դարից ի վեր մարդկային ցեղը հիացած է տիեզերքն ուսումնասիրելով և հասկանալով, թե ինչ է գտնվում Երկրից այն կողմ:Խոշոր կազմակերպությունները, ինչպիսիք են NASA-ն և ESA-ն, եղել են տիեզերական հետազոտության առաջնագծում, և այս նվաճման մյուս կարևոր դերակատարը 3D տպագրությունն է:Ցածր գնով բարդ դետալներ արագ արտադրելու ունակությամբ՝ դիզայնի այս տեխնոլոգիան գնալով ավելի տարածված է դառնում ընկերություններում:Այն հնարավոր է դարձնում բազմաթիվ հավելվածների ստեղծումը, ինչպիսիք են արբանյակները, տիեզերանավերը և հրթիռային բաղադրիչները:Իրականում, ըստ SmarTech-ի, մասնավոր տիեզերական արդյունաբերության հավելումների արտադրության շուկայական արժեքը ակնկալվում է, որ մինչև 2026 թվականը կհասնի 2,1 միլիարդ եվրոյի: Սա հարց է առաջացնում. Ինչպե՞ս կարող է 3D տպագրությունը օգնել մարդկանց գերազանցել տիեզերքում:
Սկզբում 3D տպագրությունը հիմնականում օգտագործվում էր բժշկական, ավտոմոբիլային և օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ արագ նախատիպեր ստեղծելու համար:Այնուամենայնիվ, քանի որ տեխնոլոգիան դարձել է ավելի լայն տարածում, այն ավելի ու ավելի է օգտագործվում վերջնական նշանակության բաղադրիչների համար:Մետաղական հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան, մասնավորապես L-PBF-ն, թույլ է տվել արտադրել մի շարք մետաղներ՝ բնութագրերով և երկարակեցությամբ, որոնք հարմար են ծայրահեղ տիեզերական պայմանների համար:3D տպագրության այլ տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են DED-ը, կապի շիթը և արտամղման գործընթացը, նույնպես օգտագործվում են օդատիեզերական բաղադրիչների արտադրության մեջ:Վերջին տարիներին ի հայտ են եկել նոր բիզնես մոդելներ, ինչպիսիք են Made in Space-ը և Relativity Space-ը, որոնք օգտագործում են 3D տպագրության տեխնոլոգիա՝ օդատիեզերական բաղադրիչները նախագծելու համար:
Relativity Space-ը 3D տպիչ է մշակում օդատիեզերական արդյունաբերության համար
3D տպագրության տեխնոլոգիա օդատիեզերքում
Այժմ, երբ մենք ներկայացրել ենք դրանք, եկեք ավելի սերտ նայենք 3D տպագրության տարբեր տեխնոլոգիաներին, որոնք օգտագործվում են օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ:Նախ, հարկ է նշել, որ մետաղական հավելումների արտադրությունը, հատկապես L-PBF-ն, ամենաշատն օգտագործվում է այս ոլորտում:Այս գործընթացը ներառում է լազերային էներգիայի օգտագործումը մետաղի փոշի շերտ առ շերտ միաձուլելու համար:Այն հատկապես հարմար է փոքր, բարդ, ճշգրիտ և հարմարեցված մասերի արտադրության համար:Օդատիեզերական արտադրության արտադրողները կարող են նաև օգտվել DED-ից, որը ներառում է մետաղական մետաղալարերի կամ փոշու տեղադրում և հիմնականում օգտագործվում է վերանորոգման, ծածկույթի կամ հարմարեցված մետաղական կամ կերամիկական մասերի արտադրության համար:
Ի հակադրություն, կապակցման ժայթքումը, թեև ձեռնտու է արտադրության արագության և ցածր գնի առումով, հարմար չէ բարձր արդյունավետության մեխանիկական մասերի արտադրության համար, քանի որ այն պահանջում է հետմշակման ուժեղացման քայլեր, որոնք մեծացնում են վերջնական արտադրանքի արտադրության ժամանակը:Էքստրուզիայի տեխնոլոգիան արդյունավետ է նաև տիեզերական միջավայրում:Պետք է նշել, որ ոչ բոլոր պոլիմերներն են հարմար տիեզերքում օգտագործելու համար, սակայն բարձր արդյունավետությամբ պլաստմասսաները, ինչպիսին PEEK-ն է, կարող են փոխարինել որոշ մետաղական մասեր իրենց ամրության շնորհիվ:Այնուամենայնիվ, այս 3D տպագրության գործընթացը դեռևս այնքան էլ տարածված չէ, բայց այն կարող է արժեքավոր արժեք դառնալ տիեզերքի հետախուզման համար՝ օգտագործելով նոր նյութեր:
Laser Powder Bed Fusion-ը (L-PBF) լայնորեն կիրառվող տեխնոլոգիա է 3D տպագրության մեջ օդային տիեզերքի համար:
Տիեզերական նյութերի ներուժը
Ավիատիեզերական արդյունաբերությունը նոր նյութեր է ուսումնասիրում 3D տպագրության միջոցով՝ առաջարկելով նորարարական այլընտրանքներ, որոնք կարող են խաթարել շուկան:Թեև մետաղները, ինչպիսիք են տիտանը, ալյումինը և նիկել-քրոմի համաձուլվածքները, միշտ եղել են հիմնական ուշադրությունը, նոր նյութը կարող է շուտով գողանալ ուշադրության կենտրոնում՝ լուսնային ռեգոլիթը:Լուսնային ռեգոլիթը փոշու շերտ է, որը ծածկում է լուսինը, և ESA-ն ցուցադրել է այն 3D տպագրության հետ համատեղելու առավելությունները:ESA-ի արտադրության ավագ ինժեներ Ադվենիտ Մակայան նկարագրում է լուսնային ռեգոլիթը որպես բետոնի նման, որը հիմնականում բաղկացած 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 պտուտակներ և շարժակներ՝ օգտագործելով լուսնային ռեգոլիթ՝ իրական լուսնի փոշու նման հատկություններով:
Լուսնի ռեգոլիտի արտադրության մեջ ներգրավված գործընթացների մեծ մասն օգտագործում է ջերմություն՝ այն համատեղելի դարձնելով այնպիսի տեխնոլոգիաների հետ, ինչպիսիք են SLS-ը և փոշի կապող տպագրական լուծումները:ESA-ն նաև օգտագործում է D-Shape տեխնոլոգիան՝ նպատակ ունենալով արտադրել պինդ մասեր՝ խառնելով մագնեզիումի քլորիդը նյութերի հետ և համատեղելով այն մոդելավորված նմուշում հայտնաբերված մագնեզիումի օքսիդի հետ:Այս լուսնային նյութի նշանակալից առավելություններից մեկը տպման ավելի նուրբ լուծաչափն է, որը հնարավորություն է տալիս արտադրել մասեր ամենաբարձր ճշգրտությամբ:Այս հատկությունը կարող է դառնալ հիմնական առավելությունը ապագա լուսնային բազաների համար կիրառությունների և բաղադրիչների արտադրության շրջանակի ընդլայնման գործում:
Լուսնային ռեգոլիթն ամենուր է
Գոյություն ունի նաև մարսյան ռեգոլիթ, որը վերաբերում է Մարսի վրա հայտնաբերված ստորգետնյա նյութին:Ներկայումս միջազգային տիեզերական գործակալությունները չեն կարող վերականգնել այս նյութը, սակայն դա չի խանգարել գիտնականներին ուսումնասիրել դրա ներուժը որոշակի օդատիեզերական նախագծերում:Հետազոտողները օգտագործում են այս նյութի նմանակված նմուշներ և այն համատեղում են տիտանի համաձուլվածքի հետ՝ արտադրելու գործիքներ կամ հրթիռային բաղադրիչներ:Նախնական արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս նյութը կապահովի ավելի բարձր ամրություն և կպաշտպանի սարքավորումները ժանգոտումից և ճառագայթային վնասներից:Չնայած այս երկու նյութերն ունեն նմանատիպ հատկություններ, լուսնային ռեգոլիտը դեռ ամենափորձարկված նյութն է:Մեկ այլ առավելություն այն է, որ այդ նյութերը կարող են արտադրվել տեղում՝ առանց Երկրից հումք տեղափոխելու անհրաժեշտության:Բացի այդ, ռեգոլիթը անսպառ նյութական աղբյուր է, որն օգնում է կանխել սակավությունը։
3D տպագրության տեխնոլոգիայի կիրառությունները օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ
3D տպագրության տեխնոլոգիայի կիրառությունները օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ կարող են տարբեր լինել՝ կախված կիրառվող կոնկրետ գործընթացից:Օրինակ, լազերային փոշի միաձուլումը (L-PBF) կարող է օգտագործվել բարդ կարճաժամկետ մասերի արտադրության համար, ինչպիսիք են գործիքների համակարգերը կամ տիեզերական պահեստամասերը:Launcher-ը, որը Կալիֆորնիայի ստարտափն է, օգտագործել է Velo3D-ի շափյուղա-մետաղ 3D տպագրության տեխնոլոգիան՝ բարելավելու իր E-2 հեղուկ հրթիռային շարժիչը:Արտադրողի գործընթացն օգտագործվել է ինդուկցիոն տուրբինի ստեղծման համար, որը վճռորոշ դեր է խաղում LOX-ը (հեղուկ թթվածին) արագացնելու և այրման պալատ մղելու գործում:Տուրբինն ու սենսորը տպվել են 3D տպագրության տեխնոլոգիայի միջոցով, այնուհետև հավաքվել:Այս նորարար բաղադրիչն ապահովում է հրթիռին ավելի մեծ հեղուկի հոսք և ավելի մեծ մղում, ինչը այն դարձնում է շարժիչի կարևոր մասը:
Velo3D-ը նպաստեց PBF տեխնոլոգիայի օգտագործմանը E-2 հեղուկ հրթիռային շարժիչի արտադրության մեջ:
Հավելանյութերի արտադրությունն ունի լայն կիրառություն, ներառյալ փոքր և մեծ կառույցների արտադրությունը:Օրինակ, 3D տպագրության տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են Relativity Space-ի Stargate լուծումը, կարող են օգտագործվել մեծ մասերի արտադրության համար, ինչպիսիք են հրթիռային վառելիքի տանկերը և պտուտակի շեղբերները:Relativity Space-ը դա ապացուցել է Terran 1-ի հաջող արտադրությամբ, որը գրեթե ամբողջությամբ 3D տպագրված հրթիռ է, ներառյալ մի քանի մետր երկարությամբ վառելիքի բաք:Դրա առաջին գործարկումը 2023 թվականի մարտի 23-ին ցույց տվեց հավելումների արտադրության գործընթացների արդյունավետությունն ու հուսալիությունը:
Էքստրուզիայի վրա հիմնված 3D տպագրության տեխնոլոգիան նաև թույլ է տալիս մասեր արտադրել՝ օգտագործելով բարձր արդյունավետության նյութեր, ինչպիսիք են PEEK-ը:Այս ջերմապլաստիկից պատրաստված բաղադրիչներն արդեն փորձարկվել են տիեզերքում և տեղադրվել են Ռաշիդ ռովերի վրա՝ ԱՄԷ լուսնային առաքելության շրջանակներում:Այս թեստի նպատակն էր գնահատել PEEK-ի դիմադրությունը ծայրահեղ լուսնային պայմաններին:Եթե հաջողվի, PEEK-ը կարող է փոխարինել մետաղական մասերը այն իրավիճակներում, երբ մետաղական մասերը կոտրվում են կամ նյութերը սակավ են:Բացի այդ, PEEK-ի թեթև հատկությունները կարող են արժեքավոր լինել տիեզերական հետազոտության մեջ:
3D տպագրության տեխնոլոգիան կարող է օգտագործվել օդատիեզերական արդյունաբերության համար մի շարք մասերի արտադրության համար:
3D տպագրության առավելությունները օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ
Ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ 3D տպագրության առավելությունները ներառում են մասերի վերջնական տեսքի բարելավումը` համեմատած ավանդական շինարարական տեխնիկայի հետ:Ավստրիական Lithoz 3D տպիչ արտադրող ընկերության գործադիր տնօրեն Յոհաննես Հոման հայտարարել է, որ «այս տեխնոլոգիան ավելի թեթևացնում է մասերը»։Դիզայնի ազատության շնորհիվ 3D տպագրված արտադրանքներն ավելի արդյունավետ են և պահանջում են ավելի քիչ ռեսուրսներ:Սա դրական ազդեցություն է ունենում մասերի արտադրության շրջակա միջավայրի վրա:Հարաբերականության տարածությունը ցույց է տվել, որ հավելումների արտադրությունը կարող է զգալիորեն նվազեցնել տիեզերանավերի արտադրության համար անհրաժեշտ բաղադրիչների քանակը:Terran 1 հրթիռի համար փրկվել է 100 դետալ։Բացի այդ, այս տեխնոլոգիան զգալի առավելություններ ունի արտադրության արագության առումով, քանի որ հրթիռն ավարտվում է 60 օրից էլ քիչ ժամանակում:Ի հակադրություն, ավանդական մեթոդներով հրթիռի արտադրությունը կարող է տևել մի քանի տարի:
Ինչ վերաբերում է ռեսուրսների կառավարմանը, ապա 3D տպագրությունը կարող է խնայել նյութերը և, որոշ դեպքերում, նույնիսկ թույլ տալ թափոնների վերամշակում:Վերջապես, հավելումների արտադրությունը կարող է արժեքավոր ակտիվ դառնալ հրթիռների թռիչքի քաշը նվազեցնելու համար:Նպատակն է առավելագույնի հասցնել տեղական նյութերի օգտագործումը, ինչպիսիք են ռեգոլիտը, և նվազագույնի հասցնել նյութերի տեղափոխումը տիեզերանավի ներսում:Սա հնարավորություն է տալիս կրել միայն 3D տպիչ, որը կարող է տեղում ամեն ինչ ստեղծել ճանապարհորդությունից հետո:
Made in Space-ն արդեն ուղարկել է իրենց 3D տպիչներից մեկը տիեզերք՝ փորձարկման:
Տիեզերքում 3D տպագրության սահմանափակումները
Թեև 3D տպագրությունն ունի բազմաթիվ առավելություններ, տեխնոլոգիան դեռևս համեմատաբար նոր է և ունի սահմանափակումներ:Ադվենիտ Մակայան ասաց. «Ավիատիեզերական արդյունաբերության հավելումների արտադրության հիմնական խնդիրներից մեկը գործընթացի վերահսկումն ու վավերացումն է»:Արտադրողները կարող են մտնել լաբորատորիա և ստուգել յուրաքանչյուր մասի ուժը, հուսալիությունը և միկրոկառուցվածքը նախքան վավերացումը, մի գործընթաց, որը հայտնի է որպես ոչ կործանարար փորձարկում (NDT):Այնուամենայնիվ, դա կարող է լինել և՛ ժամանակատար, և՛ ծախսատար, ուստի վերջնական նպատակը այդ թեստերի անհրաժեշտությունը նվազեցնելն է:NASA-ն վերջերս ստեղծեց կենտրոն այս խնդրի լուծման համար, որը կենտրոնացած էր հավելումների արտադրության միջոցով արտադրվող մետաղական բաղադրիչների արագ սերտիֆիկացման վրա:Կենտրոնի նպատակն է օգտագործել թվային երկվորյակներ՝ բարելավելու համար արտադրանքի համակարգչային մոդելները, ինչը կօգնի ինժեներներին ավելի լավ հասկանալ մասերի աշխատանքը և սահմանափակումները, ներառյալ, թե որքան ճնշում են նրանք կարող դիմակայել մինչև կոտրվելը:Դրանով կենտրոնը հուսով է նպաստել 3D տպագրության կիրառմանը օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ՝ դարձնելով այն ավելի արդյունավետ՝ ավանդական արտադրական տեխնիկայի հետ մրցակցության մեջ:
Այս բաղադրիչները անցել են հուսալիության և ամրության համապարփակ փորձարկում:
Մյուս կողմից, ստուգման գործընթացը տարբերվում է, եթե արտադրությունը կատարվում է տիեզերքում:ESA-ի Ադվենիտ Մակայան բացատրում է. «Կա մի տեխնիկա, որը ներառում է մասերի վերլուծությունը տպագրության ժամանակ»:Այս մեթոդը օգնում է որոշել, թե որ տպագիր արտադրանքը հարմար է, և որը ոչ:Բացի այդ, կա տիեզերքի համար նախատեսված 3D տպիչների ինքնաուղղման համակարգ և փորձարկվում է մետաղական մեքենաների վրա։Այս համակարգը կարող է բացահայտել արտադրական գործընթացում հնարավոր սխալները և ավտոմատ կերպով փոփոխել իր պարամետրերը՝ շտկելու մասի ցանկացած թերություն: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՝ որոշելու մասերի հուսալիությունը:Նրանք դիտարկում են փոշու մահճակալի միաձուլման տեխնոլոգիան և թարմացնում են դրանք այլ գործընթացների համար:Այնուամենայնիվ, նյութերի արդյունաբերության շատ խոշոր խաղացողներ, ինչպիսիք են Arkema, BASF, Dupont և Sabic, նույնպես ապահովում են այս հետագծելիությունը:
Ապրե՞լ տիեզերքում:
Եռաչափ տպագրության տեխնոլոգիայի առաջընթացով մենք Երկրի վրա տեսանք բազմաթիվ հաջողված նախագծեր, որոնք օգտագործում են այս տեխնոլոգիան տներ կառուցելու համար:Սա մեզ ստիպում է մտածել, թե արդյոք այս գործընթացը կարող է օգտագործվել մոտ կամ հեռավոր ապագայում տիեզերքում բնակելի կառույցներ կառուցելու համար:Թեև տիեզերքում ապրելը ներկայումս անիրատեսական է, տներ կառուցելը, հատկապես լուսնի վրա, կարող է օգտակար լինել տիեզերագնացների համար տիեզերական առաքելություններ իրականացնելիս:Եվրոպական տիեզերական գործակալության (ESA) նպատակն է Լուսնի վրա գմբեթներ կառուցել լուսնային ռեգոլիտի միջոցով, որոնք կարող են օգտագործվել պատեր կամ աղյուսներ կառուցելու համար՝ տիեզերագնացներին ճառագայթումից պաշտպանելու համար:Ըստ Ադվենիտ Մակայայի ESA-ից, լուսնային ռեգոլիթը բաղկացած է մոտ 60% մետաղից և 40% թթվածնից և տիեզերագնացների գոյատևման համար անհրաժեշտ նյութ է, քանի որ այն կարող է ապահովել թթվածնի անվերջ աղբյուր, եթե արդյունահանվի այս նյութից:
ՆԱՍԱ-ն 57,2 միլիոն դոլարի դրամաշնորհ է տրամադրել ICON-ին՝ լուսնային մակերեսի վրա կառույցներ կառուցելու համար 3D տպագրության համակարգ մշակելու համար, ինչպես նաև համագործակցում է ընկերության հետ՝ Mars Dune Alpha-ի բնակավայր ստեղծելու համար:Նպատակը Մարսի վրա կենսապայմանների փորձարկումն է՝ կամավորներին մեկ տարի ապրելով բնակավայրում՝ նմանեցնելով Կարմիր մոլորակի պայմանները:Այս ջանքերը կրիտիկական քայլեր են Լուսնի և Մարսի վրա 3D տպագրված կառույցների ուղղակի կառուցման ուղղությամբ, ինչը կարող է ի վերջո ճանապարհ հարթել մարդկային տիեզերական գաղութացման համար:
Հեռավոր ապագայում այս տները կարող են կյանքին հնարավորություն տալ գոյատևել տիեզերքում:
Հրապարակման ժամանակը՝ հունիս-14-2023