Që nga shekulli i 20-të, raca njerëzore ka qenë e magjepsur me eksplorimin e hapësirës dhe të kuptuarit e asaj që shtrihet përtej Tokës.Organizatat e 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 e projektimit po bëhet gjithnjë e më e popullarizuar në kompani.Ai bën të mundur krijimin e shumë aplikacioneve, të tilla si satelitët, kostumet hapësinore dhe komponentët e raketave.Në fakt, sipas SmarTech, vlera e tregut e prodhimit të aditivëve të industrisë private të hapësirës 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 u përdor kryesisht për prototipimin e shpejtë në industrinë mjekësore, automobilistike dhe të hapësirës ajrore.Megjithatë, ndërsa teknologjia është bërë më e përhapur, ajo po përdoret gjithnjë e më shumë për komponentët me qëllim të fundit.Teknologjia e prodhimit të aditivëve metalikë, veçanërisht L-PBF, ka lejuar prodhimin e një sërë metalesh me karakteristika dhe qëndrueshmëri të përshtatshme për kushte ekstreme hapësinore.Teknologji të tjera të printimit 3D, të tilla si DED, binder jetting dhe procesi i nxjerrjes, përdoren gjithashtu në prodhimin e komponentëve të hapësirës ajrore.Në vitet e fundit, janë shfaqur modele të reja biznesi, me kompani të tilla si Made in Space dhe Relativity Space duke përdorur teknologjinë e printimit 3D për të dizajnuar komponentë të hapësirës ajrore.
Relativiteti Space zhvillon printer 3D për industrinë e hapësirës ajrore
Teknologjia e printimit 3D në hapësirën ajrore
Tani që i kemi prezantuar ato, le të hedhim një vështrim më të afërt në teknologjitë e ndryshme të printimit 3D të përdorura në industrinë e hapësirës ajrore.Së pari, duhet theksuar se prodhimi i aditivëve metalikë, veçanërisht L-PBF, është më i përdoruri në këtë fushë.Ky proces përfshin përdorimin e energjisë lazer për shkrirjen e pluhurit metalik shtresë pas shtrese.Është veçanërisht i përshtatshëm për prodhimin e pjesëve të vogla, komplekse, të sakta dhe të personalizuara.Prodhuesit e hapësirës ajrore mund të përfitojnë gjithashtu 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, hedhja e binderit, edhe pse e favorshme 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 përforcues pas përpunimit që rrisin kohën e prodhimit të produktit përfundimtar.Teknologjia e nxjerrjes është gjithashtu efektive në mjedisin hapësinor.Duhet të theksohet se jo të gjithë polimerët janë të përshtatshëm për përdorim në hapësirë, por plastika me performancë të lartë si PEEK mund të zëvendësojë disa pjesë metalike për shkak të forcës së tyre.Megjithatë, ky proces printimi 3D nuk është ende shumë i përhapur, por mund të bëhet një aset i vlefshëm për eksplorimin e hapësirës duke përdorur materiale të reja.
Laser Powder Bed Fusion (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 prishin tregun.Ndërsa metalet si titani, alumini dhe lidhjet nikel-kromi kanë qenë gjithmonë fokusi kryesor, një material i ri së shpejti mund të vjedhë 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, e përshkruan regolitin hënor si të ngjashëm me betonin, i përbërë kryesisht nga silikoni dhe elementë të tjerë kimikë si hekuri, magnezi, alumini dhe oksigjeni.ESA ka bashkëpunuar me Lithoz për të prodhuar pjesë të vogla funksionale si vida dhe ingranazhe duke përdorur regolit të simuluar hënor 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 të lidhjes me pluhur.ESA po përdor gjithashtu teknologjinë D-Shape me qëllim të prodhimit të pjesëve të ngurta duke përzier klorurin e magnezit me materialet dhe duke e kombinuar atë me oksidin e magnezit që gjendet në ekzemplarin e simuluar.Një nga avantazhet e rëndësishme të këtij materiali hënor është rezolucioni më i imët i printimit, duke i mundësuar atij të prodhojë pjesë me saktësinë më të lartë.Kjo veçori mund të bëhet aseti kryesor në zgjerimin e gamës së aplikacioneve dhe komponentëve të prodhimit për bazat e ardhshme hënore.
Regoliti hënor është kudo
Ekziston edhe regoliti marsian, duke iu referuar materialit nëntokësor të gjetur në Mars.Aktualisht, agjencitë ndërkombëtare të hapësirës nuk mund ta rikuperojnë këtë material, por kjo nuk i ka penguar shkencëtarët të hulumtojnë potencialin e tij në disa projekte të hapësirës ajrore.Studiuesit po përdorin ekzemplarë të simuluar të këtij materiali dhe po e kombinojnë atë me aliazh titani për të prodhuar vegla ose përbërës raketash.Rezultatet fillestare tregojnë se ky material do të sigurojë forcë më të lartë dhe do të mbrojë pajisjet nga ndryshkja dhe dëmtimi i rrezatimit.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.Për më tepër, regoliti është një burim i pashtershëm material, duke ndihmuar në parandalimin e mungesës.
Aplikimet e teknologjisë së printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore
Aplikimet e teknologjisë së printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore mund të ndryshojnë në varësi të procesit specifik të përdorur.Për shembull, shkrirja e shtratit me pluhur lazer (L-PBF) mund të përdoret për të prodhuar pjesë të ndërlikuara afatshkurtra, të tilla si sistemet e veglave ose pjesët rezervë të hapësirës.Launcher, një startup me bazë në Kaliforni, përdori teknologjinë e printimit 3D me safir-metal të Velo3D për të përmirësuar motorin e tij të raketave të lëngshme E-2.Procesi i prodhuesit u përdor për të krijuar turbinën e induksionit, e cila luan një rol vendimtar në përshpejtimin dhe futjen e LOX (oksigjenit të lëngshëm) në dhomën e djegies.Turbina dhe sensori u printuan secila 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 të lëngshme E-2.
Prodhimi i aditivëve ka aplikime të gjera, duke përfshirë prodhimin e strukturave të vogla dhe të mëdha.Për shembull, teknologjitë e printimit 3D si zgjidhja Stargate e Relativitetit Space mund të përdoren për të prodhuar pjesë të mëdha si rezervuarët e karburantit të raketave dhe tehët e helikës.Relativiteti Space e ka vërtetuar 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.Nisja e tij e parë më 23 mars 2023, demonstroi efikasitetin dhe besueshmërinë e proceseve të prodhimit të aditivëve.
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 tashmë janë testuar në hapësirë dhe janë vendosur në roverin Rashid si pjesë e misionit hënor të Emirateve të Bashkuara Arabe.Qëllimi i këtij testi ishte të vlerësonte rezistencën e PEEK ndaj kushteve ekstreme hënore.Nëse është i suksesshëm, PEEK mund të jetë në gjendje të zëvendësojë pjesët metalike në situata kur pjesët metalike prishen ose materialet janë të pakta.Për më tepër, vetitë e lehta 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 e hapësirës ajrore.
Avantazhet e printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore
Përparësitë e printimit 3D në industrinë e hapësirës ajrore përfshijnë përmirësimin e pamjes përfundimtare të pjesëve në krahasim 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 dizajnit, produktet e printuara 3D janë më efikase dhe kërkojnë më pak burime.Kjo ka një ndikim pozitiv në ndikimin mjedisor të prodhimit të pjesëve.Relativiteti Space ka demonstruar se prodhimi i aditivëve mund të zvogëlojë ndjeshëm numrin e komponentëve të kërkuar për të prodhuar anijen kozmike.Për raketën Terran 1 u ruajtën 100 pjesë.Përveç kësaj, kjo teknologji ka avantazhe të konsiderueshme në shpejtësinë e prodhimit, ku raketa përfundon në më pak se 60 ditë.Në të kundërt, prodhimi i një rakete duke përdorur metoda tradicionale mund të zgjasë disa vjet.
Sa i përket menaxhimit të burimeve, printimi 3D mund të kursejë materiale dhe, në disa raste, madje të lejojë riciklimin e mbetjeve.Së fundi, prodhimi i aditivëve mund të bëhet një aset i vlefshëm për reduktimin e peshës së raketave në ngritje.Qëllimi është të maksimizohet përdorimi i materialeve lokale, si p.sh. regoliti, dhe të minimizohet transporti i materialeve brenda anijes kozmike.Kjo bën të mundur që të mbani 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
Megjithëse printimi 3D ka shumë përparësi, teknologjia është ende relativisht e re dhe ka kufizime.Advenit Makaya deklaroi, "Një nga problemet kryesore me prodhimin e aditivëve në industrinë e hapësirës ajrore është kontrolli dhe vërtetimi i procesit."Prodhuesit mund të hyjnë në laborator dhe të testojnë forcën, besueshmërinë dhe mikrostrukturën e secilës pjesë përpara vërtetimit, një proces i njohur si testimi jo-destruktiv (NDT).Megjithatë, kjo mund të marrë kohë dhe e shtrenjtë, kështu që qëllimi përfundimtar është të zvogëlohet nevoja për këto teste.NASA krijoi kohët e fundit një qendër për të adresuar këtë çështje, e fokusuar në certifikimin e shpejtë të komponentëve metalikë të prodhuar nga prodhimi i aditivëve.Qendra synon të përdorë binjakët 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 presionin që mund të përballojnë përpara 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.
Këta komponentë i janë nënshtruar testeve gjithëpërfshirëse të besueshmërisë dhe forcës.
Nga ana tjetër, procesi i verifikimit është i ndryshëm nëse prodhimi bëhet në hapësirë.Advenit Makaya i ESA 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.Për më tepër, ekziston një sistem vetë-korrigjimi për printerët 3D të destinuar për hapësirën dhe është duke u testuar në makina metalike.Ky sistem mund të identifikojë gabimet e 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 vërtetuar zgjidhjet e printimit 3D, NASA dhe ESA kanë vendosur standarde.Këto standarde përfshijnë një sërë testesh për të përcaktuar besueshmërinë e pjesëve.Ata e konsiderojnë teknologjinë e shkrirjes së shtratit pluhur dhe po i përditësojnë ato për procese të tjera.Megjithatë, shumë lojtarë të mëdhenj në industrinë e materialeve, si Arkema, BASF, Dupont dhe Sabic, ofrojnë gjithashtu këtë gjurmueshmëri.
Të jetosh në hapësirë?
Me avancimin e teknologjisë së printimit 3D, ne kemi parë shumë projekte të suksesshme në Tokë që 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 është aktualisht joreale, ndërtimi i shtëpive, veçanërisht në Hënë, mund të jetë i dobishëm për astronautët në ekzekutimin e misioneve hapësinore.Qëllimi i Agjencisë Evropiane të Hapësirës (ESA) është të ndërtojë kupola në Hënë duke përdorur regolit 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 sigurojë një burim të pafund oksigjeni nëse nxirret nga ky material.
NASA ka dhënë një grant prej 57.2 milionë dollarësh për 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 pasur vullnetarët të jetojnë në një habitat për një vit, duke simuluar kushtet në Planetin e Kuq.Këto përpjekje përfaqësojnë hapa kritikë drejt ndërtimit të strukturave të printuara 3D në Hënë dhe Mars, të cilat përfundimisht mund të hapin rrugën për kolonizimin e hapësirës njerëzore.
Në të ardhmen e largët, këto shtëpi mund të mundësojnë që jeta të mbijetojë në hapësirë.
Koha e postimit: Qershor-14-2023