Sedert die 20ste eeu is die menslike ras gefassineer deur die ruimte te verken en te verstaan wat anderkant die aarde lê.Groot organisasies soos NASA en ESA was aan die voorpunt van ruimteverkenning, en nog 'n belangrike speler in hierdie verowering is 3D-drukwerk.Met die vermoë om vinnig komplekse onderdele teen lae koste te vervaardig, word hierdie ontwerptegnologie al hoe meer gewild in maatskappye.Dit maak die skepping van baie toepassings moontlik, soos satelliete, ruimtepakke en vuurpylkomponente.Trouens, volgens SmarTech, word verwag dat die markwaarde van additiewe vervaardiging in die private ruimtebedryf teen 2026 €2,1 miljard sal bereik. Dit laat die vraag ontstaan: Hoe kan 3D-drukwerk mense help om in die ruimte uit te blink?
Aanvanklik is 3D-drukwerk hoofsaaklik gebruik vir vinnige prototipering in die mediese, motor- en lugvaartnywerhede.Namate die tegnologie egter meer wydverspreid geraak het, word dit toenemend vir einddoelkomponente gebruik.Metaaltoevoegingsvervaardigingstegnologie, veral L-PBF, het die vervaardiging van 'n verskeidenheid metale moontlik gemaak met eienskappe en duursaamheid wat geskik is vir uiterste ruimtetoestande.Ander 3D-druktegnologieë, soos DED, bindmiddelstraal en ekstrusieproses, word ook gebruik in die vervaardiging van lugvaartkomponente.In onlangse jare het nuwe sakemodelle na vore gekom, met maatskappye soos Made in Space en Relativity Space wat 3D-druktegnologie gebruik om lugvaartkomponente te ontwerp.
Relatiwiteit Ruimte-ontwikkelende 3D-drukker vir lugvaartbedryf
3D-druktegnologie in lugvaart
Noudat ons hulle bekendgestel het, kom ons kyk noukeuriger na die verskillende 3D-druktegnologieë wat in die lugvaartbedryf gebruik word.Eerstens moet daarop gelet word dat metaaltoevoegingsvervaardiging, veral L-PBF, die algemeenste in hierdie veld gebruik word.Hierdie proses behels die gebruik van laserenergie om metaalpoeier laag vir laag te versmelt.Dit is veral geskik vir die vervaardiging van klein, komplekse, presiese en pasgemaakte onderdele.Lugvaartvervaardigers kan ook voordeel trek uit DED, wat die deponering van metaaldraad of poeier behels en hoofsaaklik gebruik word vir die herstel, bedek of vervaardiging van pasgemaakte metaal- of keramiekonderdele.
Daarteenoor is bindmiddelstraal, alhoewel voordelig in terme van produksiespoed en lae koste, nie geskik vir die vervaardiging van hoëprestasie meganiese onderdele nie, omdat dit na-verwerking versterkingsstappe vereis wat die vervaardigingstyd van die finale produk verhoog.Ekstrusie-tegnologie is ook effektief in die ruimte-omgewing.Daar moet kennis geneem word dat nie alle polimere geskik is vir gebruik in die ruimte nie, maar hoëprestasie plastiek soos PEEK kan sommige metaalonderdele vervang weens hul sterkte.Hierdie 3D-drukproses is egter steeds nie baie wydverspreid nie, maar dit kan 'n waardevolle bate word vir ruimteverkenning deur nuwe materiale te gebruik.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is 'n wyd gebruikte tegnologie in 3D-drukwerk vir lugvaart.
Potensiaal van ruimtemateriaal
Die lugvaartindustrie het nuwe materiale deur 3D-drukwerk ondersoek en innoverende alternatiewe voorgestel wat die mark kan ontwrig.Terwyl metale soos titanium, aluminium en nikkel-chroom-legerings nog altyd die hooffokus was, kan 'n nuwe materiaal binnekort die kollig steel: maanregoliet.Maanregoliet is 'n laag stof wat die maan bedek, en ESA het die voordele getoon om dit met 3D-drukwerk te kombineer.Advenit Makaya, 'n senior vervaardigingsingenieur van ESA, beskryf maanregoliet as soortgelyk aan beton, hoofsaaklik saamgestel uit silikon en ander chemiese elemente soos yster, magnesium, aluminium en suurstof.ESA het met Lithoz saamgewerk om klein funksionele onderdele soos skroewe en ratte te vervaardig deur gesimuleerde maanregoliet te gebruik met eienskappe soortgelyk aan regte maanstof.
Die meeste van die prosesse betrokke by die vervaardiging van maanregoliet gebruik hitte, wat dit versoenbaar maak met tegnologieë soos SLS en poeierbindende drukoplossings.ESA gebruik ook D-Shape-tegnologie met die doel om soliede dele te vervaardig deur magnesiumchloried met materiale te meng en dit te kombineer met magnesiumoksied wat in die gesimuleerde monster gevind word.Een van die beduidende voordele van hierdie maanmateriaal is sy fyner drukresolusie, wat dit in staat stel om onderdele met die hoogste akkuraatheid te vervaardig.Hierdie kenmerk kan die primêre bate word in die uitbreiding van die reeks toepassings en vervaardiging van komponente vir toekomstige maanbasisse.
Lunar Regolith is oral
Daar is ook Mars-regoliet, wat verwys na ondergrondse materiaal wat op Mars gevind is.Tans kan internasionale ruimte-agentskappe nie hierdie materiaal herwin nie, maar dit het wetenskaplikes nie gekeer om die potensiaal daarvan in sekere lugvaartprojekte na te vors nie.Navorsers gebruik gesimuleerde monsters van hierdie materiaal en kombineer dit met titaniumlegering om gereedskap of vuurpylkomponente te vervaardig.Aanvanklike resultate dui daarop dat hierdie materiaal hoër sterkte sal bied en toerusting teen roes en stralingskade sal beskerm.Alhoewel hierdie twee materiale soortgelyke eienskappe het, is maanregoliet steeds die materiaal wat die meeste getoets is.Nog 'n voordeel is dat hierdie materiale op die perseel vervaardig kan word sonder dat dit nodig is om grondstowwe van die aarde af te vervoer.Boonop is regoliet 'n onuitputlike materiaalbron, wat help om skaarste te voorkom.
Die toepassings van 3D-druktegnologie in die lugvaartbedryf
Die toepassings van 3D-druktegnologie in die lugvaartbedryf kan wissel na gelang van die spesifieke proses wat gebruik word.Laserpoeierbedsamesmelting (L-PBF) kan byvoorbeeld gebruik word om ingewikkelde korttermynonderdele te vervaardig, soos gereedskapstelsels of ruimteonderdele.Launcher, 'n Kalifornië-gebaseerde opstartonderneming, het Velo3D se saffiermetaal 3D-druktegnologie gebruik om sy E-2-vloeistofvuurpyl-enjin te verbeter.Die vervaardiger se proses is gebruik om die induksieturbine te skep, wat 'n deurslaggewende rol speel om LOX (vloeibare suurstof) in die verbrandingskamer te versnel en in te dryf.Die turbine en sensor is elk met 3D-druktegnologie gedruk en dan saamgestel.Hierdie innoverende komponent voorsien die vuurpyl van groter vloeistofvloei en groter stukrag, wat dit 'n noodsaaklike deel van die enjin maak
Velo3D het bygedra tot die gebruik van PBF-tegnologie in die vervaardiging van die E-2 vloeibare vuurpylenjin.
Bykomende vervaardiging het wye toepassings, insluitend die vervaardiging van klein en groot strukture.3D-druktegnologieë soos Relativity Space se Stargate-oplossing kan byvoorbeeld gebruik word om groot dele soos vuurpylbrandstoftenks en skroeflemme te vervaardig.Relativity Space het dit bewys deur die suksesvolle vervaardiging van die Terran 1, 'n byna heeltemal 3D-gedrukte vuurpyl, insluitend 'n etlike meter lange brandstoftenk.Die eerste bekendstelling daarvan op 23 Maart 2023 het die doeltreffendheid en betroubaarheid van bykomende vervaardigingsprosesse gedemonstreer.
Ekstrusie-gebaseerde 3D-druktegnologie maak ook voorsiening vir die vervaardiging van onderdele deur hoëprestasie-materiale soos PEEK te gebruik.Komponente wat van hierdie termoplast gemaak is, is reeds in die ruimte getoets en is op die Rashid-rover geplaas as deel van die VAE-maansending.Die doel van hierdie toets was om PEEK se weerstand teen uiterste maantoestande te evalueer.Indien suksesvol, kan PEEK dalk metaalonderdele vervang in situasies waar metaalonderdele breek of materiaal skaars is.Daarbenewens kan PEEK se liggewig eienskappe van waarde wees in ruimteverkenning.
3D-druktegnologie kan gebruik word om 'n verskeidenheid onderdele vir die lugvaartbedryf te vervaardig.
Voordele van 3D-drukwerk in die lugvaartbedryf
Voordele van 3D-drukwerk in die lugvaartbedryf sluit in verbeterde finale voorkoms van onderdele in vergelyking met tradisionele konstruksietegnieke.Johannes Homa, uitvoerende hoof van die Oostenrykse 3D-drukkervervaardiger Lithoz, het gesê dat "hierdie tegnologie onderdele ligter maak."As gevolg van ontwerpvryheid is 3D-gedrukte produkte doeltreffender en benodig minder hulpbronne.Dit het 'n positiewe impak op die omgewingsimpak van deelproduksie.Relatiwiteit Ruimte het getoon dat bykomende vervaardiging die aantal komponente wat nodig is om ruimtetuie te vervaardig aansienlik kan verminder.Vir die Terran 1-vuurpyl is 100 dele gered.Boonop het hierdie tegnologie aansienlike voordele in produksiespoed, met die vuurpyl wat in minder as 60 dae voltooi word.Daarteenoor kan die vervaardiging van 'n vuurpyl met behulp van tradisionele metodes etlike jare neem.
Wat hulpbronbestuur betref, kan 3D-drukwerk materiaal bespaar en in sommige gevalle selfs afvalherwinning moontlik maak.Laastens kan bykomende vervaardiging 'n waardevolle bate word om die opstyggewig van vuurpyle te verminder.Die doel is om die gebruik van plaaslike materiale, soos regoliet, te maksimeer en die vervoer van materiaal binne ruimtetuie te verminder.Dit maak dit moontlik om slegs 'n 3D-drukker te dra, wat alles na die reis op die perseel kan skep.
Made in Space het reeds een van hul 3D-drukkers ruimte toe gestuur vir toetsing.
Beperkings van 3D-drukwerk in die ruimte
Alhoewel 3D-drukwerk baie voordele inhou, is die tegnologie nog relatief nuut en het beperkings.Advenit Makaya het gesê: "Een van die hoofprobleme met bykomende vervaardiging in die lugvaartbedryf is prosesbeheer en validering."Vervaardigers kan die laboratorium binnegaan en elke onderdeel se sterkte, betroubaarheid en mikrostruktuur toets voor bekragtiging, 'n proses wat bekend staan as nie-vernietigende toetsing (NDT).Dit kan egter tydrowend en duur wees, so die uiteindelike doel is om die behoefte aan hierdie toetse te verminder.NASA het onlangs 'n sentrum gestig om hierdie kwessie aan te spreek, gefokus op die vinnige sertifisering van metaalkomponente wat deur toevoegingsvervaardiging vervaardig word.Die sentrum poog om digitale tweeling te gebruik om rekenaarmodelle van produkte te verbeter, wat ingenieurs sal help om die werkverrigting en beperkings van onderdele beter te verstaan, insluitend hoeveel druk hulle kan weerstaan voor breuk.Deur dit te doen, hoop die sentrum om die toepassing van 3D-drukwerk in die lugvaartbedryf te help bevorder, wat dit doeltreffender maak om met tradisionele vervaardigingstegnieke mee te ding.
Hierdie komponente het omvattende betroubaarheid- en sterktetoetsing ondergaan.
Aan die ander kant is die verifikasieproses anders as die vervaardiging in die ruimte gedoen word.ESA se Advenit Makaya verduidelik: "Daar is 'n tegniek wat die ontleding van die dele tydens druk behels."Hierdie metode help om te bepaal watter gedrukte produkte geskik is en watter nie.Daarbenewens is daar 'n selfkorreksiestelsel vir 3D-drukkers wat vir ruimte bedoel is en word op metaalmasjiene getoets.Hierdie stelsel kan potensiële foute in die vervaardigingsproses identifiseer en sy parameters outomaties verander om enige defekte in die onderdeel reg te stel.Hierdie twee stelsels sal na verwagting die betroubaarheid van gedrukte produkte in die ruimte verbeter.
Om 3D-drukoplossings te valideer, het NASA en ESA standaarde vasgestel.Hierdie standaarde sluit 'n reeks toetse in om die betroubaarheid van onderdele te bepaal.Hulle oorweeg poeierbedsamesmeltingstegnologie en werk dit op vir ander prosesse.Baie groot rolspelers in die materiaalbedryf, soos Arkema, BASF, Dupont en Sabic, verskaf egter ook hierdie naspeurbaarheid.
Lewe in die ruimte?
Met die vooruitgang van 3D-druktegnologie het ons baie suksesvolle projekte op aarde gesien wat hierdie tegnologie gebruik om huise te bou.Dit laat ons wonder of hierdie proses in die nabye of verre toekoms gebruik kan word om bewoonbare strukture in die ruimte te bou.Terwyl die lewe in die ruimte tans onrealisties is, kan die bou van huise, veral op die maan, voordelig wees vir ruimtevaarders in die uitvoering van ruimtemissies.Die doel van die Europese Ruimte-agentskap (ESA) is om koepels op die maan te bou met behulp van maanregoliet, wat gebruik kan word om mure of bakstene te bou om ruimtevaarders teen straling te beskerm.Volgens Advenit Makaya van ESA bestaan maanregoliet uit ongeveer 60% metaal en 40% suurstof en is dit 'n noodsaaklike materiaal vir ruimtevaarderoorlewing omdat dit 'n eindelose bron van suurstof kan verskaf as dit uit hierdie materiaal onttrek word.
NASA het 'n $57,2 miljoen-toekenning aan ICON toegeken vir die ontwikkeling van 'n 3D-drukstelsel vir die bou van strukture op die maanoppervlak en werk ook saam met die maatskappy om 'n Mars Dune Alpha-habitat te skep.Die doel is om lewensomstandighede op Mars te toets deur vrywilligers vir een jaar in 'n habitat te laat woon, wat toestande op die Rooi Planeet simuleer.Hierdie pogings verteenwoordig kritieke stappe om direk 3D-gedrukte strukture op die maan en Mars te bou, wat uiteindelik die weg kan baan vir menslike ruimtekolonisasie.
In die verre toekoms kan hierdie huise lewe in staat stel om in die ruimte te oorleef.
Pos tyd: Jun-14-2023