მე-20 საუკუნიდან კაცობრიობა გატაცებული იყო კოსმოსის შესწავლით და იმის გაგებით, თუ რა დევს დედამიწის მიღმა.მსხვილი ორგანიზაციები, როგორიცაა NASA და ESA, კოსმოსის ძიების წინა პლანზე იყვნენ და ამ დაპყრობის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მოთამაშეა 3D ბეჭდვა.რთული ნაწილების დაბალ ფასად სწრაფად წარმოების შესაძლებლობით, დიზაინის ეს ტექნოლოგია სულ უფრო პოპულარული ხდება კომპანიებში.ის შესაძლებელს ხდის მრავალი აპლიკაციის შექმნას, როგორიცაა თანამგზავრები, კოსმოსური კოსტუმი და რაკეტის კომპონენტები.სინამდვილეში, SmarTech-ის მიხედვით, კერძო კოსმოსური ინდუსტრიის დანამატების წარმოების საბაზრო ღირებულება სავარაუდოდ 2.1 მილიარდ ევროს მიაღწევს 2026 წლისთვის. ეს ბადებს კითხვას: როგორ შეუძლია 3D ბეჭდვას დაეხმაროს ადამიანებს კოსმოსში წარმატებებს?
თავდაპირველად, 3D ბეჭდვა ძირითადად გამოიყენებოდა სწრაფი პროტოტიპებისთვის სამედიცინო, საავტომობილო და საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიებში.თუმცა, რადგან ტექნოლოგია უფრო ფართოდ გავრცელდა, ის სულ უფრო ხშირად გამოიყენება საბოლოო დანიშნულების კომპონენტებისთვის.ლითონის დანამატების წარმოების ტექნოლოგიამ, განსაკუთრებით L-PBF-მ, საშუალება მისცა წარმოებულიყო სხვადასხვა ლითონები მახასიათებლებით და გამძლეობით, რომელიც შესაფერისია ექსტრემალური კოსმოსური პირობებისთვის.3D ბეჭდვის სხვა ტექნოლოგიები, როგორიცაა DED, ბაინდერის გაჟონვა და ექსტრუზიის პროცესი, ასევე გამოიყენება საჰაერო კოსმოსური კომპონენტების წარმოებაში.ბოლო წლებში გაჩნდა ახალი ბიზნეს მოდელები, როგორიცაა Made in Space და Relativity Space 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია აეროკოსმოსური კომპონენტების შესაქმნელად.
Relativity Space ავითარებს 3D პრინტერს საჰაერო კოსმოსური ინდუსტრიისთვის
3D ბეჭდვის ტექნოლოგია აერონავტიკაში
ახლა, როდესაც ჩვენ გავაცანით ისინი, მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ 3D ბეჭდვის სხვადასხვა ტექნოლოგიებს, რომლებიც გამოიყენება საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიაში.პირველ რიგში, უნდა აღინიშნოს, რომ ლითონის დანამატების წარმოება, განსაკუთრებით L-PBF, ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ამ სფეროში.ეს პროცესი მოიცავს ლაზერული ენერგიის გამოყენებას ლითონის ფხვნილის ფენად შერწყმისთვის.ის განსაკუთრებით შესაფერისია მცირე, რთული, ზუსტი და მორგებული ნაწილების დასამზადებლად.აერონავტიკის მწარმოებლებს ასევე შეუძლიათ ისარგებლონ DED-ით, რომელიც გულისხმობს ლითონის მავთულის ან ფხვნილის დეპონირებას და ძირითადად გამოიყენება შეკეთებისთვის, საფარისთვის ან მორგებული ლითონის ან კერამიკული ნაწილების დასამზადებლად.
ამის საპირისპიროდ, შემკვრელის გაჟონვა, მიუხედავად იმისა, რომ ხელსაყრელია წარმოების სიჩქარისა და დაბალი ღირებულების თვალსაზრისით, არ არის შესაფერისი მაღალი ხარისხის მექანიკური ნაწილების წარმოებისთვის, რადგან ის მოითხოვს დამუშავების შემდგომ გაძლიერების ნაბიჯებს, რომლებიც ზრდის საბოლოო პროდუქტის დამზადების დროს.ექსტრუზიის ტექნოლოგია ასევე ეფექტურია კოსმოსურ გარემოში.უნდა აღინიშნოს, რომ ყველა პოლიმერი არ არის შესაფერისი სივრცეში გამოსაყენებლად, მაგრამ მაღალი ხარისხის პლასტმასს, როგორიცაა PEEK, შეუძლია შეცვალოს ზოგიერთი ლითონის ნაწილი მათი სიძლიერის გამო.თუმცა, ეს 3D ბეჭდვის პროცესი ჯერ კიდევ არ არის ძალიან გავრცელებული, მაგრამ ის შეიძლება გახდეს ღირებული აქტივი კოსმოსის გამოკვლევისთვის ახალი მასალების გამოყენებით.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) არის ფართოდ გამოყენებული ტექნოლოგია 3D ბეჭდვაში საჰაერო კოსმოსში.
კოსმოსური მასალების პოტენციალი
საჰაერო კოსმოსური ინდუსტრია იკვლევს ახალ მასალებს 3D ბეჭდვის საშუალებით, გვთავაზობს ინოვაციურ ალტერნატივებს, რამაც შეიძლება დაარღვიოს ბაზარი.მიუხედავად იმისა, რომ ლითონები, როგორიცაა ტიტანი, ალუმინი და ნიკელ-ქრომის შენადნობები ყოველთვის იყო მთავარი აქცენტი, ახალმა მასალამ შეიძლება მალე მოიპაროს ყურადღების ცენტრში: მთვარის რეგოლითი.მთვარის რეგოლითი არის მტვრის ფენა, რომელიც ფარავს მთვარეს და ESA-მ აჩვენა მისი 3D ბეჭდვით კომბინირების სარგებელი.ადვენიტ მაკაია, ESA-ს წარმოების უფროსი ინჟინერი, აღწერს მთვარის რეგოლითს, როგორც ბეტონის მსგავსი, რომელიც ძირითადად შედგება სილიციუმის და სხვა ქიმიური ელემენტებისგან, როგორიცაა რკინა, მაგნიუმი, ალუმინი და ჟანგბადი.ESA თანამშრომლობს Lithoz-თან, რათა აწარმოოს მცირე ფუნქციონალური ნაწილები, როგორიცაა ხრახნები და მექანიზმები, სიმულირებული მთვარის რეგოლითის გამოყენებით, რეალური მთვარის მტვრის მსგავსი თვისებებით.
მთვარის რეგოლითის წარმოებაში ჩართული პროცესების უმეტესობა იყენებს სითბოს, რაც თავსებადია ისეთ ტექნოლოგიებთან, როგორიცაა SLS და ფხვნილის შემაკავშირებელი ბეჭდვის გადაწყვეტილებები.ESA ასევე იყენებს D-Shape ტექნოლოგიას მყარი ნაწილების წარმოების მიზნით მაგნიუმის ქლორიდის მასალებთან შერევით და მაგნიუმის ოქსიდთან შერწყმით, რომელიც სიმულაციურ ნიმუშშია ნაპოვნი.ამ მთვარის მასალის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობაა მისი ბეჭდვის უფრო ზუსტი გარჩევადობა, რაც მას საშუალებას აძლევს შექმნას ნაწილები უმაღლესი სიზუსტით.ეს ფუნქცია შეიძლება გახდეს ძირითადი აქტივი აპლიკაციების სპექტრის გაფართოებისა და მომავალი მთვარის ბაზებისთვის კომპონენტების წარმოებისთვის.
მთვარის რეგოლითი ყველგანაა
ასევე არის მარსის რეგოლითი, რომელიც გულისხმობს მარსზე აღმოჩენილ მიწისქვეშა მასალას.ამჟამად, საერთაშორისო კოსმოსურ სააგენტოებს არ შეუძლიათ ამ მასალის აღდგენა, მაგრამ ამან მეცნიერებს ხელი არ შეუშალა მისი პოტენციალის კვლევაში გარკვეულ აერონავტიკულ პროექტებში.მკვლევარები იყენებენ ამ მასალის იმიტირებულ ნიმუშებს და აერთიანებენ მას ტიტანის შენადნობთან იარაღების ან რაკეტების კომპონენტების შესაქმნელად.პირველადი შედეგები მიუთითებს, რომ ეს მასალა უზრუნველყოფს უფრო მაღალ სიმტკიცეს და დაიცავს აღჭურვილობას ჟანგისა და რადიაციული დაზიანებისგან.მიუხედავად იმისა, რომ ამ ორ მასალას მსგავსი თვისებები აქვს, მთვარის რეგოლითი მაინც ყველაზე გამოცდილი მასალაა.კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ამ მასალების დამზადება შესაძლებელია ადგილზე, დედამიწიდან ნედლეულის ტრანსპორტირების საჭიროების გარეშე.გარდა ამისა, რეგოლითი არის ამოუწურავი მატერიალური წყარო, რომელიც ხელს უწყობს დეფიციტის თავიდან აცილებას.
3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენება კოსმოსურ ინდუსტრიაში
3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენება კოსმოსურ ინდუსტრიაში შეიძლება განსხვავდებოდეს გამოყენებული კონკრეტული პროცესის მიხედვით.მაგალითად, ლაზერული ფხვნილის შერწყმა (L-PBF) შეიძლება გამოყენებულ იქნას რთული მოკლევადიანი ნაწილების დასამზადებლად, როგორიცაა ხელსაწყოების სისტემები ან კოსმოსური სათადარიგო ნაწილები.Launcher, კალიფორნიის სტარტაპმა, გამოიყენა Velo3D-ის საფირო-მეტალის 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია თავისი E-2 თხევადი სარაკეტო ძრავის გასაუმჯობესებლად.მწარმოებლის პროცესი გამოიყენებოდა ინდუქციური ტურბინის შესაქმნელად, რომელიც გადამწყვეტ როლს ასრულებს წვის პალატაში LOX-ის (თხევადი ჟანგბადის) აჩქარებასა და გადაადგილებაში.თითოეული ტურბინა და სენსორი დაიბეჭდა 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენებით და შემდეგ აწყობილი იყო.ეს ინოვაციური კომპონენტი უზრუნველყოფს რაკეტას უფრო დიდი სითხის ნაკადს და უფრო დიდ ბიძგს, რაც მას ძრავის აუცილებელ ნაწილს აქცევს.
Velo3D წვლილი შეიტანა PBF ტექნოლოგიის გამოყენებაში E-2 თხევადი სარაკეტო ძრავის წარმოებაში.
დანამატის წარმოებას აქვს ფართო გამოყენება, მათ შორის მცირე და დიდი სტრუქტურების წარმოებაში.მაგალითად, 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიები, როგორიცაა Relativity Space's Stargate გადაწყვეტა, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დიდი ნაწილების დასამზადებლად, როგორიცაა სარაკეტო საწვავის ავზები და პროპელერის პირები.Relativity Space-მა ეს დაამტკიცა Terran 1-ის წარმატებული წარმოებით, თითქმის მთლიანად 3D პრინტერის რაკეტის, რამდენიმე მეტრის სიგრძის საწვავის ავზის ჩათვლით.მისი პირველი გაშვება 2023 წლის 23 მარტს აჩვენა დანამატების წარმოების პროცესების ეფექტურობა და საიმედოობა.
ექსტრუზიაზე დაფუძნებული 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია ასევე იძლევა ნაწილების წარმოების საშუალებას მაღალი ხარისხის მასალების გამოყენებით, როგორიცაა PEEK.ამ თერმოპლასტიკისგან დამზადებული კომპონენტები უკვე გამოსცადეს კოსმოსში და განთავსდა რაშიდ როვერზე არაბეთის გაერთიანებული საემიროების მთვარის მისიის ფარგლებში.ამ ტესტის მიზანი იყო PEEK-ის წინააღმდეგობის შეფასება მთვარის ექსტრემალურ პირობებში.წარმატების შემთხვევაში, PEEK-ს შეუძლია შეცვალოს ლითონის ნაწილები იმ სიტუაციებში, როდესაც ლითონის ნაწილები იშლება ან მასალები მწირია.გარდა ამისა, PEEK-ის მსუბუქი თვისებები შეიძლება იყოს ღირებული კოსმოსის ძიებისას.
3D ბეჭდვის ტექნოლოგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას კოსმოსური ინდუსტრიის სხვადასხვა ნაწილების დასამზადებლად.
3D ბეჭდვის უპირატესობები საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიაში
3D ბეჭდვის უპირატესობები საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიაში მოიცავს ნაწილების საბოლოო გარეგნობის გაუმჯობესებას ტრადიციულ სამშენებლო ტექნიკასთან შედარებით.იოჰანეს ჰომა, ავსტრიული 3D პრინტერების მწარმოებელი Lithoz-ის აღმასრულებელი დირექტორი, განაცხადა, რომ „ეს ტექნოლოგია ნაწილებს უფრო მსუბუქს ხდის“.დიზაინის თავისუფლების გამო, 3D ბეჭდური პროდუქტები უფრო ეფექტურია და ნაკლებ რესურსს მოითხოვს.ეს დადებითად აისახება ნაწილების წარმოების გარემოზე ზემოქმედებაზე.ფარდობითობის სივრცემ აჩვენა, რომ დანამატის წარმოებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს კოსმოსური ხომალდების წარმოებისთვის საჭირო კომპონენტების რაოდენობა.Terran 1 რაკეტისთვის 100 ნაწილი იყო შენახული.გარდა ამისა, ამ ტექნოლოგიას აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობები წარმოების სიჩქარეში, რაკეტა სრულდება 60 დღეზე ნაკლებ დროში.ამის საპირისპიროდ, რაკეტის დამზადებას ტრადიციული მეთოდებით შეიძლება რამდენიმე წელი დასჭირდეს.
რაც შეეხება რესურსების მენეჯმენტს, 3D ბეჭდვას შეუძლია დაზოგოს მასალები და, ზოგიერთ შემთხვევაში, ნარჩენების გადამუშავებაც კი დაუშვას.დაბოლოს, დანამატების წარმოება შეიძლება გახდეს ღირებული აქტივი რაკეტების ასაფრენი წონის შესამცირებლად.მიზანია მაქსიმალურად გამოიყენოს ადგილობრივი მასალები, როგორიცაა რეგოლითი, და მინიმუმამდე დაიყვანოს მასალების ტრანსპორტირება კოსმოსურ ხომალდში.ეს შესაძლებელს ხდის მხოლოდ 3D პრინტერის ტარებას, რომელსაც შეუძლია ადგილზე შექმნას ყველაფერი მოგზაურობის შემდეგ.
Made in Space-მა უკვე გაგზავნა ერთ-ერთი 3D პრინტერი კოსმოსში შესამოწმებლად.
3D ბეჭდვის შეზღუდვები სივრცეში
მიუხედავად იმისა, რომ 3D ბეჭდვას ბევრი უპირატესობა აქვს, ტექნოლოგია ჯერ კიდევ შედარებით ახალია და აქვს შეზღუდვები.ადვენიტ მაკაიამ თქვა: ”აეროკოსმოსურ ინდუსტრიაში დანამატების წარმოების ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა პროცესის კონტროლი და ვალიდაციაა”.მწარმოებლებს შეუძლიათ შევიდნენ ლაბორატორიაში და შეამოწმონ თითოეული ნაწილის სიძლიერე, საიმედოობა და მიკროსტრუქტურა ვალიდაციამდე, პროცესი, რომელიც ცნობილია როგორც არადესტრუქციული ტესტირება (NDT).თუმცა, ეს შეიძლება იყოს როგორც შრომატევადი, ასევე ძვირი, ამიტომ საბოლოო მიზანი არის ამ ტესტების საჭიროების შემცირება.NASA-მ ახლახან დააარსა ცენტრი ამ საკითხის მოსაგვარებლად, რომელიც ფოკუსირებულია დანამატების წარმოებით წარმოებული ლითონის კომპონენტების სწრაფ სერტიფიცირებაზე.ცენტრის მიზანია გამოიყენოს ციფრული ტყუპები პროდუქციის კომპიუტერული მოდელების გასაუმჯობესებლად, რაც დაეხმარება ინჟინრებს უკეთ გააცნობიერონ ნაწილების მუშაობა და შეზღუდვები, მათ შორის, თუ რამდენ წნევას გაუძლებენ მათ მოტეხილობამდე.ამით ცენტრი იმედოვნებს, რომ ხელი შეუწყოს 3D ბეჭდვის გამოყენებას საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიაში, რაც მას უფრო ეფექტურს გახდის კონკურენციას ტრადიციული წარმოების ტექნიკასთან.
ამ კომპონენტებმა გაიარა ყოვლისმომცველი საიმედოობისა და სიძლიერის ტესტირება.
მეორეს მხრივ, გადამოწმების პროცესი განსხვავებულია, თუ წარმოება ხდება სივრცეში.ESA-ს ადვენიტ მაკაია განმარტავს: „არსებობს ტექნიკა, რომელიც მოიცავს ნაწილების ანალიზს ბეჭდვის დროს“.ეს მეთოდი გვეხმარება იმის დადგენაში, თუ რომელი ნაბეჭდი პროდუქტია შესაფერისი და რომელი არა.გარდა ამისა, არსებობს 3D პრინტერების თვითკორექტირების სისტემა, რომელიც განკუთვნილია სივრცეში და მიმდინარეობს ტესტირება ლითონის მანქანებზე.ამ სისტემას შეუძლია წარმოების პროცესში არსებული პოტენციური შეცდომების იდენტიფიცირება და მისი პარამეტრების ავტომატურად შეცვლა, რათა გამოასწოროს ნებისმიერი დეფექტი ნაწილში.მოსალოდნელია, რომ ეს ორი სისტემა გააუმჯობესებს ბეჭდური პროდუქტების საიმედოობას სივრცეში.
3D ბეჭდვის გადაწყვეტილებების დასადასტურებლად, NASA-მ და ESA-მ დაადგინეს სტანდარტები.ეს სტანდარტები მოიცავს ტესტების სერიას ნაწილების საიმედოობის დასადგენად.ისინი განიხილავენ ფხვნილის ფენის შერწყმის ტექნოლოგიას და ახლებენ მათ სხვა პროცესებისთვის.თუმცა, მასალების ინდუსტრიის მრავალი ძირითადი მოთამაშე, როგორიცაა Arkema, BASF, Dupont და Sabic, ასევე უზრუნველყოფს ამ მიკვლევადობას.
კოსმოსში ცხოვრება?
3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის განვითარებით, ჩვენ ვნახეთ მრავალი წარმატებული პროექტი დედამიწაზე, რომლებიც იყენებენ ამ ტექნოლოგიას სახლების ასაშენებლად.ეს გვაფიქრებინებს, შეიძლება თუ არა ეს პროცესი გამოყენებული იქნას ახლო თუ შორეულ მომავალში კოსმოსში საცხოვრებელი სტრუქტურების ასაგებად.მიუხედავად იმისა, რომ კოსმოსში ცხოვრება ამჟამად არარეალურია, სახლების აშენება, განსაკუთრებით მთვარეზე, შეიძლება სასარგებლო იყოს ასტრონავტებისთვის კოსმოსური მისიების შესრულებისას.ევროპის კოსმოსური სააგენტოს (ESA) მიზანია მთვარეზე გუმბათების აგება მთვარის რეგოლითის გამოყენებით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კედლების ან აგურის ასაგებად ასტრონავტების რადიაციისგან დასაცავად.ESA-ს ადვენიტ მაკაიას თქმით, მთვარის რეგოლითი შედგება დაახლოებით 60% ლითონისა და 40% ჟანგბადისგან და წარმოადგენს ასტრონავტების გადარჩენის აუცილებელ მასალას, რადგან მას შეუძლია უზრუნველყოს ჟანგბადის გაუთავებელი წყარო ამ მასალისგან მოპოვების შემთხვევაში.
NASA-მ ICON-ს 57,2 მილიონი დოლარის გრანტი გადასცა მთვარის ზედაპირზე სტრუქტურების მშენებლობისთვის 3D ბეჭდვის სისტემის შემუშავებისთვის და ასევე თანამშრომლობს კომპანიასთან Mars Dune Alpha ჰაბიტატის შესაქმნელად.მიზანია მარსზე ცხოვრების პირობების ტესტირება მოხალისეების ჰაბიტატში ერთი წლის განმავლობაში, წითელ პლანეტაზე პირობების სიმულაციის გზით.ეს მცდელობები წარმოადგენს კრიტიკულ ნაბიჯებს მთვარეზე და მარსზე 3D დაბეჭდილი სტრუქტურების უშუალოდ აგებისკენ, რაც საბოლოოდ შეიძლება გაუხსნას გზა ადამიანის კოსმოსური კოლონიზაციისთვის.
შორეულ მომავალში, ამ სახლებს შეუძლიათ სიცოცხლის გადარჩენის საშუალება მისცენ კოსმოსში.
გამოქვეყნების დრო: ივნ-14-2023