Që nga shekulli i 20-të, raca njerëzore është magjepsur nga eksplorimi i hapësirës dhe të kuptuarit e asaj që ndodhet përtej Tokës. Organizata të mëdha si NASA dhe ESA kanë qenë në ballë të eksplorimit të hapësirës, dhe një tjetër lojtar i rëndësishëm në këtë pushtim është printimi 3D. Me aftësinë për të prodhuar me shpejtësi pjesë komplekse me kosto të ulët, kjo teknologji projektimi po bëhet gjithnjë e më popullore në kompani. Ajo e bën të mundur krijimin e shumë aplikacioneve, siç janë satelitët, kostumet hapësinore dhe komponentët e raketave. Në fakt, sipas SmarTech, vlera e tregut të prodhimit shtesë të industrisë private hapësinore pritet të arrijë në 2.1 miliardë euro deri në vitin 2026. Kjo ngre pyetjen: Si mund t'i ndihmojë printimi 3D njerëzit të shkëlqejnë në hapësirë?
Fillimisht, printimi 3D përdorej kryesisht për prototipim të shpejtë në industritë mjekësore, automobilistike dhe hapësinore. Megjithatë, ndërsa teknologjia është përhapur më shumë, ajo po përdoret gjithnjë e më shumë për komponentë me qëllim përfundimtar. Teknologjia e prodhimit të metaleve me aditivë, veçanërisht L-PBF, ka lejuar prodhimin e një shumëllojshmërie metalesh me karakteristika dhe qëndrueshmëri të përshtatshme për kushte ekstreme hapësinore. Teknologji të tjera të printimit 3D, të tilla si DED, spërkatja me lidhës dhe procesi i nxjerrjes, përdoren gjithashtu në prodhimin e komponentëve hapësinorë. Në vitet e fundit, janë shfaqur modele të reja biznesi, me kompani të tilla si Made in Space dhe Relativity Space që përdorin teknologjinë e printimit 3D për të projektuar komponentë hapësinorë.
Relativity Space zhvillon printer 3D për industrinë hapësinore
Teknologjia e printimit 3D në hapësirën ajrore
Tani që i kemi prezantuar, le të hedhim një vështrim më të afërt në teknologjitë e ndryshme të printimit 3D të përdorura në industrinë hapësinore. Së pari, duhet theksuar se prodhimi aditiv i metaleve, veçanërisht L-PBF, është më i përdoruri gjerësisht në këtë fushë. Ky proces përfshin përdorimin e energjisë lazer për të shkrirë pluhurin metalik shtresë pas shtrese. Është veçanërisht i përshtatshëm për prodhimin e pjesëve të vogla, komplekse, të sakta dhe të personalizuara. Prodhuesit e hapësirës ajrore gjithashtu mund të përfitojnë nga DED, i cili përfshin depozitimin e telit ose pluhurit metalik dhe përdoret kryesisht për riparimin, veshjen ose prodhimin e pjesëve metalike ose qeramike të personalizuara.
Në të kundërt, përdorimi i spërkatjes me lidhës, megjithëse i favorshëm për sa i përket shpejtësisë së prodhimit dhe kostos së ulët, nuk është i përshtatshëm për prodhimin e pjesëve mekanike me performancë të lartë sepse kërkon hapa forcimi pas përpunimit që rrisin kohën e prodhimit të produktit përfundimtar. Teknologjia e nxjerrjes është gjithashtu efektive në mjedisin hapësinor. Duhet theksuar se jo të gjithë polimerët janë të përshtatshëm për përdorim në hapësirë, por plastikat me performancë të lartë si PEEK mund të zëvendësojnë disa pjesë metalike për shkak të forcës së tyre. Megjithatë, ky proces i printimit 3D nuk është ende shumë i përhapur, por mund të bëhet një aset i vlefshëm për eksplorimin e hapësirës duke përdorur materiale të reja.
Bashkimi me Shtrat Pluhuri me Lazer (L-PBF) është një teknologji e përdorur gjerësisht në printimin 3D për hapësirën ajrore.
Potenciali i Materialeve Hapësinore
Industria e hapësirës ajrore ka eksploruar materiale të reja përmes printimit 3D, duke propozuar alternativa inovative që mund të trazojnë tregun. Ndërsa metale të tilla si titaniumi, alumini dhe lidhjet nikel-krom kanë qenë gjithmonë në fokus, një material i ri mund të tërheqë së shpejti vëmendjen: regoliti hënor. Regoliti hënor është një shtresë pluhuri që mbulon hënën, dhe ESA ka demonstruar përfitimet e kombinimit të tij me printimin 3D. Advenit Makaya, një inxhinier i lartë prodhimi i ESA-s, e përshkruan regolitin hënor si të ngjashëm me betonin, kryesisht të përbërë nga silici dhe elementë të tjerë kimikë si hekuri, magnezi, alumini dhe oksigjeni. ESA është partnerizuar me Lithoz për të prodhuar pjesë të vogla funksionale si vida dhe ingranazhe duke përdorur regolit hënor të simuluar me veti të ngjashme me pluhurin e vërtetë të hënës.
Shumica e proceseve të përfshira në prodhimin e regolitit hënor përdorin nxehtësinë, duke e bërë atë të pajtueshëm me teknologji të tilla si SLS dhe zgjidhjet e printimit me lidhje pluhuri. ESA po përdor gjithashtu teknologjinë D-Shape me qëllim prodhimin e pjesëve të ngurta duke përzier klorurin e magnezit me materiale dhe duke e kombinuar atë me oksidin e magnezit që gjendet në mostrën e simuluar. Një nga avantazhet e rëndësishme të këtij materiali hënor është rezolucioni i tij më i mirë i printimit, duke i mundësuar asaj të prodhojë pjesë me saktësinë më të lartë. Kjo veçori mund të bëhet aseti kryesor në zgjerimin e gamës së aplikimeve dhe prodhimit të komponentëve për bazat hënore të ardhshme.
Regolithi Hënor është kudo
Ekziston edhe regoliti marsian, që i referohet materialit nëntokësor të gjetur në Mars. Aktualisht, agjencitë ndërkombëtare hapësinore nuk mund ta rikuperojnë këtë material, por kjo nuk i ka ndaluar shkencëtarët të hulumtojnë potencialin e tij në projekte të caktuara hapësinore. Studiuesit po përdorin mostra të simuluara të këtij materiali dhe po e kombinojnë atë me aliazh titaniumi për të prodhuar mjete ose përbërës raketash. Rezultatet fillestare tregojnë se ky material do të ofrojë forcë më të lartë dhe do të mbrojë pajisjet nga ndryshku dhe dëmtimi nga rrezatimi. Edhe pse këto dy materiale kanë veti të ngjashme, regoliti hënor është ende materiali më i testuar. Një avantazh tjetër është se këto materiale mund të prodhohen në vend pa pasur nevojë të transportohen lëndë të para nga Toka. Përveç kësaj, regoliti është një burim i pashtershëm materiali, duke ndihmuar në parandalimin e mungesës.
Zbatimet e teknologjisë së printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore
Zbatimet e teknologjisë së printimit 3D në industrinë hapësinore mund të ndryshojnë në varësi të procesit specifik të përdorur. Për shembull, shkrirja me shtresë pluhuri lazer (L-PBF) mund të përdoret për të prodhuar pjesë komplekse afatshkurtra, të tilla si sisteme mjetesh ose pjesë këmbimi hapësinore. Launcher, një startup me bazë në Kaliforni, përdori teknologjinë e printimit 3D të metalit safir të Velo3D për të përmirësuar motorin e saj të raketës së lëngshme E-2. Procesi i prodhuesit u përdor për të krijuar turbinën e induksionit, e cila luan një rol vendimtar në përshpejtimin dhe drejtimin e LOX (oksigjenit të lëngshëm) në dhomën e djegies. Turbina dhe sensori u printuan duke përdorur teknologjinë e printimit 3D dhe më pas u montuan. Ky komponent inovativ i siguron raketës rrjedhje më të madhe të lëngjeve dhe shtytje më të madhe, duke e bërë atë një pjesë thelbësore të motorit.
Velo3D kontribuoi në përdorimin e teknologjisë PBF në prodhimin e motorit të raketave me energji të lëngshme E-2.
Prodhimi aditiv ka zbatime të gjera, duke përfshirë prodhimin e strukturave të vogla dhe të mëdha. Për shembull, teknologjitë e printimit 3D, të tilla si zgjidhja Stargate e Relativity Space, mund të përdoren për të prodhuar pjesë të mëdha, të tilla si rezervuarët e karburantit të raketave dhe tehet e helikës. Relativity Space e ka provuar këtë përmes prodhimit të suksesshëm të Terran 1, një raketë pothuajse tërësisht e printuar në 3D, duke përfshirë një rezervuar karburanti disa metra të gjatë. Lansimi i saj i parë më 23 mars 2023, demonstroi efikasitetin dhe besueshmërinë e proceseve të prodhimit aditiv.
Teknologjia e printimit 3D e bazuar në nxjerrje lejon gjithashtu prodhimin e pjesëve duke përdorur materiale me performancë të lartë si PEEK. Komponentët e bërë nga ky termoplastik janë testuar tashmë në hapësirë dhe janë vendosur në roverin Rashid si pjesë e misionit hënor të Emirateve të Bashkuara Arabe. Qëllimi i këtij testi ishte të vlerësohej rezistenca e PEEK ndaj kushteve ekstreme hënore. Nëse ka sukses, PEEK mund të jetë në gjendje të zëvendësojë pjesët metalike në situata ku pjesët metalike thyhen ose materialet janë të pakta. Përveç kësaj, vetitë e peshës së lehtë të PEEK mund të jenë me vlerë në eksplorimin e hapësirës.
Teknologjia e printimit 3D mund të përdoret për të prodhuar një sërë pjesësh për industrinë ajrore.
Avantazhet e printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore
Avantazhet e printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore përfshijnë pamjen përfundimtare të përmirësuar të pjesëve krahasuar me teknikat tradicionale të ndërtimit. Johannes Homa, CEO i prodhuesit austriak të printerëve 3D Lithoz, deklaroi se "kjo teknologji i bën pjesët më të lehta". Për shkak të lirisë së projektimit, produktet e printuara 3D janë më efikase dhe kërkojnë më pak burime. Kjo ka një ndikim pozitiv në ndikimin mjedisor të prodhimit të pjesëve. Relativity Space ka treguar se prodhimi aditiv mund të zvogëlojë ndjeshëm numrin e komponentëve të nevojshëm për të prodhuar anije kozmike. Për raketën Terran 1, u kursyen 100 pjesë. Përveç kësaj, kjo teknologji ka avantazhe të konsiderueshme në shpejtësinë e prodhimit, me raketën që përfundon në më pak se 60 ditë. Në të kundërt, prodhimi i një rakete duke përdorur metoda tradicionale mund të zgjasë disa vjet.
Lidhur me menaxhimin e burimeve, printimi 3D mund të kursejë materiale dhe, në disa raste, madje të lejojë riciklimin e mbetjeve. Së fundmi, prodhimi aditiv mund të bëhet një aset i vlefshëm për uljen e peshës së ngritjes së raketave. Qëllimi është të maksimizohet përdorimi i materialeve lokale, siç është regoliti, dhe të minimizohet transporti i materialeve brenda anijes kozmike. Kjo bën të mundur që të mbahet vetëm një printer 3D, i cili mund të krijojë gjithçka në vend pas udhëtimit.
Made in Space ka dërguar tashmë një nga printerët e tyre 3D në hapësirë për testim.
Kufizimet e printimit 3D në hapësirë
Edhe pse printimi 3D ka shumë përparësi, teknologjia është ende relativisht e re dhe ka kufizime. Advenit Makaya deklaroi: "Një nga problemet kryesore me prodhimin aditiv në industrinë e hapësirës ajrore është kontrolli dhe validimi i procesit." Prodhuesit mund të hyjnë në laborator dhe të testojnë forcën, besueshmërinë dhe mikrostrukturën e secilës pjesë para validimit, një proces i njohur si testim jo-shkatërrues (NDT). Megjithatë, kjo mund të jetë si kohë-kërkuese ashtu edhe e kushtueshme, kështu që qëllimi përfundimtar është të zvogëlohet nevoja për këto teste. NASA kohët e fundit krijoi një qendër për të adresuar këtë çështje, të përqendruar në certifikimin e shpejtë të komponentëve metalikë të prodhuar nga prodhimi aditiv. Qendra synon të përdorë binjakë dixhitalë për të përmirësuar modelet kompjuterike të produkteve, të cilat do t'i ndihmojnë inxhinierët të kuptojnë më mirë performancën dhe kufizimet e pjesëve, duke përfshirë sa presion mund t'i rezistojnë para thyerjes. Duke vepruar kështu, qendra shpreson të ndihmojë në promovimin e aplikimit të printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore, duke e bërë atë më efektiv në konkurrimin me teknikat tradicionale të prodhimit.
Këto komponentë i janë nënshtruar testeve të plota të besueshmërisë dhe forcës.
Nga ana tjetër, procesi i verifikimit është i ndryshëm nëse prodhimi bëhet në hapësirë. Advenit Makaya i ESA-s shpjegon: "Ekziston një teknikë që përfshin analizimin e pjesëve gjatë printimit". Kjo metodë ndihmon në përcaktimin se cilat produkte të printuara janë të përshtatshme dhe cilat jo. Përveç kësaj, ekziston një sistem vetëkorrigjimi për printerët 3D të destinuar për hapësirën dhe po testohet në makina metalike. Ky sistem mund të identifikojë gabime të mundshme në procesin e prodhimit dhe të modifikojë automatikisht parametrat e tij për të korrigjuar çdo defekt në pjesë. Këto dy sisteme pritet të përmirësojnë besueshmërinë e produkteve të printuara në hapësirë.
Për të validuar zgjidhjet e printimit 3D, NASA dhe ESA kanë vendosur standarde. Këto standarde përfshijnë një sërë testesh për të përcaktuar besueshmërinë e pjesëve. Ata marrin në konsideratë teknologjinë e shkrirjes me shtresë pluhuri dhe po e përditësojnë atë për procese të tjera. Megjithatë, shumë lojtarë të mëdhenj në industrinë e materialeve, si Arkema, BASF, Dupont dhe Sabic, gjithashtu ofrojnë këtë gjurmueshmëri.
Të jetosh në hapësirë?
Me përparimin e teknologjisë së printimit 3D, kemi parë shumë projekte të suksesshme në Tokë që e përdorin këtë teknologji për të ndërtuar shtëpi. Kjo na bën të pyesim veten nëse ky proces mund të përdoret në të ardhmen e afërt apo të largët për të ndërtuar struktura të banueshme në hapësirë. Ndërsa të jetosh në hapësirë aktualisht është jorealiste, ndërtimi i shtëpive, veçanërisht në hënë, mund të jetë i dobishëm për astronautët në ekzekutimin e misioneve hapësinore. Qëllimi i Agjencisë Hapësinore Evropiane (ESA) është të ndërtojë kupola në hënë duke përdorur regolitin hënor, i cili mund të përdoret për të ndërtuar mure ose tulla për të mbrojtur astronautët nga rrezatimi. Sipas Advenit Makaya nga ESA, regoliti hënor përbëhet nga rreth 60% metal dhe 40% oksigjen dhe është një material thelbësor për mbijetesën e astronautëve sepse mund të ofrojë një burim të pafund oksigjeni nëse nxirret nga ky material.
NASA i ka dhënë një grant prej 57.2 milionë dollarësh ICON për zhvillimin e një sistemi printimi 3D për ndërtimin e strukturave në sipërfaqen hënore dhe gjithashtu po bashkëpunon me kompaninë për të krijuar një habitat Mars Dune Alpha. Qëllimi është të testohen kushtet e jetesës në Mars duke i bërë vullnetarët të jetojnë në një habitat për një vit, duke simuluar kushtet në Planetin e Kuq. Këto përpjekje përfaqësojnë hapa kritikë drejt ndërtimit të drejtpërdrejtë të strukturave të printuara 3D në hënë dhe Mars, të cilat përfundimisht mund të hapin rrugën për kolonizimin e hapësirës nga njerëzit.
Në të ardhmen e largët, këto shtëpi mund të mundësojnë mbijetesën e jetës në hapësirë.
Koha e postimit: 14 qershor 2023
