Sûnt de 20e iuw is it minskdom fassinearre troch it ferkennen fan 'e romte en it begripen fan wat der bûten de Ierde leit. Grutte organisaasjes lykas NASA en ESA hawwe foaroan stien yn romteferkenning, en in oare wichtige spiler yn dizze ferovering is 3D-printsjen. Mei de mooglikheid om komplekse ûnderdielen fluch te produsearjen tsjin lege kosten, wurdt dizze ûntwerptechnology hieltyd populêrder by bedriuwen. It makket it meitsjen fan in protte tapassingen mooglik, lykas satelliten, romtepakken en raketkomponinten. Neffens SmarTech wurdt ferwachte dat de merkwearde fan additive manufacturing yn 'e partikuliere romtefeartsektor yn 2026 € 2,1 miljard sil berikke. Dit ropt de fraach op: Hoe kin 3D-printsjen minsken helpe om út te blinken yn 'e romte?
Yn it earstoan waard 3D-printsjen benammen brûkt foar rappe prototyping yn 'e medyske, auto- en loftfeartyndustry. Mei't de technology lykwols hieltyd faker brûkt wurdt foar komponinten foar it definitive doel. Metaaltafoege produksjetechnology, benammen L-PBF, hat de produksje fan in ferskaat oan metalen mooglik makke mei skaaimerken en duorsumens dy't geskikt binne foar ekstreme romteomstannichheden. Oare 3D-printtechnologyen, lykas DED, binderjetting en ekstruzjeproses, wurde ek brûkt by de fabrikaazje fan loftfeartkomponinten. Yn 'e ôfrûne jierren binne nije bedriuwsmodellen ûntstien, mei bedriuwen lykas Made in Space en Relativity Space dy't 3D-printtechnology brûke om loftfeartkomponinten te ûntwerpen.
Relativity Space ûntwikkelt 3D-printer foar loftfeartyndustry
3D-printtechnology yn 'e loftfeart
No't wy se yntrodusearre hawwe, litte wy ris tichterby sjen nei de ferskate 3D-printtechnologyen dy't brûkt wurde yn 'e loftfeartsektor. Earst moat opmurken wurde dat metaal-tafoege produksje, benammen L-PBF, it meast brûkt wurdt yn dit fjild. Dit proses omfettet it brûken fan laserenerzjy om metaalpoeier laach foar laach te fusearjen. It is foaral geskikt foar it produsearjen fan lytse, komplekse, presys en oanpaste ûnderdielen. Loftfeartfabrikanten kinne ek profitearje fan DED, wêrby't metaaltried of poeier ôfset wurdt en benammen brûkt wurdt foar it reparearjen, coaten of produsearjen fan oanpaste metalen of keramyske ûnderdielen.
Yn tsjinstelling, binder jetting, hoewol foardielich yn termen fan produksjesnelheid en lege kosten, is net geskikt foar it produsearjen fan hege prestaasjes meganyske ûnderdielen, om't it neiferwurking fersterkingstappen fereasket dy't de produksjetiid fan it einprodukt ferheegje. Ekstruzjetechnology is ek effektyf yn 'e romteomjouwing. It moat opmurken wurde dat net alle polymearen geskikt binne foar gebrûk yn 'e romte, mar hege prestaasjes plestik lykas PEEK kinne guon metalen ûnderdielen ferfange fanwegen har sterkte. Dit 3D-printproses is lykwols noch net heul wiidferspraat, mar it kin in weardefolle asset wurde foar romteferkenning troch it brûken fan nije materialen.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is in breed brûkte technology yn 3D-printsjen foar de loftfeart.
Potinsjeel fan romtematerialen
De loftfeartyndustry hat nije materialen ûndersocht troch 3D-printsjen, en ynnovative alternativen foarsteld dy't de merk miskien fersteure. Wylst metalen lykas titanium, aluminium en nikkel-chroomlegeringen altyd de wichtichste fokus west hawwe, kin in nij materiaal gau de oandacht stelle: moanneregolith. Moanneregolith is in laach stof dy't de moanne bedekt, en ESA hat de foardielen oantoand fan it kombinearjen mei 3D-printsjen. Advenit Makaya, in senior produksjeyngenieur fan ESA, beskriuwt moanneregolith as fergelykber mei beton, benammen besteande út silisium en oare gemyske eleminten lykas izer, magnesium, aluminium en soerstof. ESA hat gearwurke mei Lithoz om lytse funksjonele ûnderdielen lykas skroeven en tandwielen te produsearjen mei simulearre moanneregolith mei eigenskippen dy't fergelykber binne mei echt moannestof.
De measte prosessen dy't belutsen binne by it produsearjen fan moanneregolith brûke waarmte, wêrtroch it kompatibel is mei technologyen lykas SLS en poeierbondingprintoplossingen. ESA brûkt ek D-Shape-technology mei it doel om fêste ûnderdielen te produsearjen troch magnesiumchloride te mingen mei materialen en it te kombinearjen mei magnesiumokside dat fûn wurdt yn it simulearre eksimplaar. Ien fan 'e wichtige foardielen fan dit moannemateriaal is de finer printresolúsje, wêrtroch't it ûnderdielen mei de heechste presyzje kin produsearje. Dizze funksje koe de primêre troef wurde by it útwreidzjen fan it oanbod fan tapassingen en it produsearjen fan komponinten foar takomstige moannebases.
Lunar Regolith is oeral
Der is ek Marsregolith, ferwizend nei ûndergrûnsk materiaal fûn op Mars. Op it stuit kinne ynternasjonale romtefeartorganisaasjes dit materiaal net weromhelje, mar dit hat wittenskippers net tsjinhâlden om it potinsjeel te ûndersykjen yn bepaalde loftfeartprojekten. Ûndersikers brûke simulearre eksimplaren fan dit materiaal en kombinearje it mei titaniumlegering om ark of raketkomponinten te produsearjen. Earste resultaten jouwe oan dat dit materiaal in hegere sterkte sil leverje en apparatuer sil beskermje tsjin roest en strielingsskea. Hoewol dizze twa materialen ferlykbere eigenskippen hawwe, is moanneregolith noch altyd it meast testte materiaal. In oar foardiel is dat dizze materialen op it terrein produsearre wurde kinne sûnder dat grûnstoffen fan 'e Ierde ferfierd hoege te wurden. Derneist is regolith in ûnútputlike materiaalboarne, wat helpt om krapte te foarkommen.
De tapassingen fan 3D-printtechnology yn 'e loftfeartsektor
De tapassingen fan 3D-printtechnology yn 'e loftfeartsektor kinne ferskille ôfhinklik fan it spesifike proses dat brûkt wurdt. Bygelyks, laserpoeierbêdfúzje (L-PBF) kin brûkt wurde om yngewikkelde koarte-termyn ûnderdielen te meitsjen, lykas arksystemen of romteûnderdielen. Launcher, in startup út Kalifornje, brûkte de saffier-metaal 3D-printtechnology fan Velo3D om syn E-2 floeibere raketmotor te ferbetterjen. It proses fan 'e fabrikant waard brûkt om de ynduksjeturbine te meitsjen, dy't in krúsjale rol spilet by it fersnellen en oandriuwen fan LOX (floeibere soerstof) yn 'e ferbaarningskeamer. De turbine en sensor waarden elk printe mei 3D-printtechnology en doe gearstald. Dit ynnovative ûnderdiel jout de raket in gruttere floeistofstream en gruttere stuwkracht, wêrtroch it in essinsjeel ûnderdiel fan 'e motor is.
Velo3D droech by oan it gebrûk fan PBF-technology by de produksje fan 'e E-2 floeibere raketmotor.
Additive manufacturing hat brede tapassingen, ynklusyf de produksje fan lytse en grutte struktueren. Bygelyks, 3D-printtechnologyen lykas de Stargate-oplossing fan Relativity Space kinne brûkt wurde om grutte ûnderdielen te meitsjen lykas raketbrânstoftanks en propellerblêden. Relativity Space hat dit bewiisd troch de suksesfolle produksje fan 'e Terran 1, in hast folslein 3D-printe raket, ynklusyf in ferskate meters lange brânstoftank. De earste lansearring op 23 maart 2023 demonstrearre de effisjinsje en betrouberens fan additive manufacturingprosessen.
Ekstruzje-basearre 3D-printtechnology makket ek de produksje fan ûnderdielen mooglik mei gebrûk fan heechweardige materialen lykas PEEK. Komponinten makke fan dizze thermoplast binne al yn 'e romte testen en waarden pleatst op 'e Rashid-rover as ûnderdiel fan 'e moannemissy fan 'e UAE. It doel fan dizze test wie om de wjerstân fan PEEK tsjin ekstreme moanneomstannichheden te evaluearjen. As it slagget, kin PEEK mooglik metalen ûnderdielen ferfange yn situaasjes wêr't metalen ûnderdielen brekke of materialen krap binne. Derneist kinne de lichtgewicht eigenskippen fan PEEK fan wearde wêze by romteferkenning.
3D-printtechnology kin brûkt wurde om in ferskaat oan ûnderdielen te produsearjen foar de loftfeartyndustry.
Foardielen fan 3D-printsjen yn 'e loftfeartsektor
Foardielen fan 3D-printsjen yn 'e loftfeartsektor omfetsje in ferbettere definitive uterlik fan ûnderdielen yn ferliking mei tradisjonele konstruksjetechniken. Johannes Homa, CEO fan 'e Eastenrykske 3D-printerfabrikant Lithoz, stelde dat "dizze technology ûnderdielen lichter makket." Troch ûntwerpfrijheid binne 3D-printe produkten effisjinter en fereaskje se minder boarnen. Dit hat in positive ynfloed op 'e miljeu-ynfloed fan ûnderdielproduksje. Relativity Space hat oantoand dat additive manufacturing it oantal ûnderdielen dat nedich is om romtefarder te meitsjen signifikant kin ferminderje. Foar de Terran 1-raket waarden 100 ûnderdielen besparre. Derneist hat dizze technology wichtige foardielen yn produksjesnelheid, wêrby't de raket yn minder as 60 dagen foltôge is. Yn tsjinstelling, it produsearjen fan in raket mei tradisjonele metoaden kin ferskate jierren duorje.
Oangeande boarnenbehear kin 3D-printsjen materialen besparje en, yn guon gefallen, sels ôffalrecycling mooglik meitsje. Ta beslút, additive manufacturing kin in weardefolle asset wurde foar it ferminderjen fan it startgewicht fan raketten. It doel is om it gebrûk fan lokale materialen, lykas regolith, te maksimalisearjen en it transport fan materialen binnen romtefardertúch te minimalisearjen. Dit makket it mooglik om allinich in 3D-printer mei te nimmen, dy't nei de reis alles op lokaasje kin meitsje.
Made in Space hat al ien fan har 3D-printers nei de romte stjoerd foar testen.
Beperkingen fan 3D-printsjen yn 'e romte
Hoewol 3D-printsjen in protte foardielen hat, is de technology noch relatyf nij en hat it beheiningen. Advenit Makaya stelde: "Ien fan 'e wichtichste problemen mei additive manufacturing yn 'e loftfeartsektor is proseskontrôle en falidaasje." Fabrikanten kinne it laboratoarium yngean en de sterkte, betrouberens en mikrostruktuer fan elk ûnderdiel testen foar falidaasje, in proses dat bekend stiet as net-destruktive testen (NDT). Dit kin lykwols sawol tiidslinend as djoer wêze, dus it úteinlike doel is om de needsaak foar dizze testen te ferminderjen. NASA hat koartlyn in sintrum oprjochte om dit probleem oan te pakken, rjochte op 'e rappe sertifikaasje fan metalen komponinten produsearre troch additive manufacturing. It sintrum hat as doel digitale twillingen te brûken om kompjûtermodellen fan produkten te ferbetterjen, wat yngenieurs sil helpe om de prestaasjes en beheiningen fan ûnderdielen better te begripen, ynklusyf hoefolle druk se kinne ferneare foardat se brekken. Dêrmei hopet it sintrum de tapassing fan 3D-printsjen yn 'e loftfeartsektor te befoarderjen, wêrtroch it effektiver wurdt yn 'e konkurrinsje mei tradisjonele produksjetechniken.
Dizze komponinten hawwe wiidweidige betrouberens- en sterktetests ûndergien.
Oan 'e oare kant is it ferifikaasjeproses oars as de produksje yn 'e romte plakfynt. Advenit Makaya fan ESA leit út: "Der is in technyk dy't it analysearjen fan 'e ûnderdielen tidens it printsjen omfettet." Dizze metoade helpt te bepalen hokker printe produkten geskikt binne en hokker net. Derneist is der in selskorreksjesysteem foar 3D-printers bedoeld foar de romte en wurdt testen op metalen masines. Dit systeem kin potinsjele flaters yn it produksjeproses identifisearje en automatysk syn parameters oanpasse om alle defekten yn it ûnderdiel te korrigearjen. Dizze twa systemen wurde ferwachte de betrouberens fan printe produkten yn 'e romte te ferbetterjen.
Om 3D-printoplossingen te falidearjen, hawwe NASA en ESA noarmen fêststeld. Dizze noarmen omfetsje in searje testen om de betrouberens fan ûnderdielen te bepalen. Se beskôgje poeierbêdfúzjetechnology en aktualisearje se foar oare prosessen. In protte grutte spilers yn 'e materiaalsektor, lykas Arkema, BASF, Dupont en Sabic, leverje lykwols ek dizze traceerberens.
Yn 'e romte wenje?
Mei de foarútgong fan 3D-printtechnology hawwe wy in protte suksesfolle projekten op Ierde sjoen dy't dizze technology brûke om huzen te bouwen. Dit docht ús ôffreegje oft dit proses yn 'e tichte of fiere takomst brûkt wurde kin om bewenbere struktueren yn 'e romte te bouwen. Wylst it wenjen yn 'e romte op it stuit unrealistysk is, kin it bouwen fan huzen, benammen op 'e moanne, foardielich wêze foar astronauten by it útfieren fan romtemissys. It doel fan 'e Europeeske Romtefeartorganisaasje (ESA) is om koepels op 'e moanne te bouwen mei moanneregolith, dy't brûkt wurde kin om muorren of stiennen te bouwen om astronauten te beskermjen tsjin strieling. Neffens Advenit Makaya fan ESA bestiet moanneregolith út sawat 60% metaal en 40% soerstof en is it in essinsjeel materiaal foar it oerlibjen fan astronauten, om't it in einleaze boarne fan soerstof kin leverje as it út dit materiaal helle wurdt.
NASA hat in subsydzje fan $57,2 miljoen takend oan ICON foar it ûntwikkeljen fan in 3D-printsysteem foar it bouwen fan struktueren op it moanneoerflak en wurket ek gear mei it bedriuw om in Mars Dune Alpha-habitat te meitsjen. It doel is om de libbensomstannichheden op Mars te testen troch frijwilligers ien jier lang yn in habitat te litten wenjen, wêrby't de omstannichheden op 'e Reade Planeet simulearre wurde. Dizze ynspanningen fertsjintwurdigje krityske stappen rjochting it direkt bouwen fan 3D-printe struktueren op 'e moanne en Mars, wat úteinlik de wei baan meitsje kin foar minsklike romtekolonisaasje.
Yn 'e fiere takomst koenen dizze huzen it libben yn 'e romte mooglik meitsje om te oerlibjen.
Pleatsingstiid: 14 juny 2023
