XX гасырдан бирле кешелек космосны өйрәнү һәм Җир артында нәрсә барлыгын аңлау белән кызыксына. NASA һәм ESA кебек зур оешмалар космосны өйрәнүдә алгы сафта торалар, һәм бу яулап алуда тагын бер мөһим роль уйнаучы - 3D бастыру. Катлаулы детальләрне түбән бәягә тиз җитештерү мөмкинлеге белән бу дизайн технологиясе компанияләрдә барган саен популярлаша бара. Ул күп кушымталарны, мәсәлән, юлдашларны, скафандрларны һәм ракета компонентларын булдыруны мөмкин итә. Чынлыкта, SmarTech мәгълүматлары буенча, шәхси космос сәнәгатендә өстәмә җитештерүнең базар бәясе 2026 елга 2,1 миллиард еврога җитәчәк дип көтелә. Бу сорау тудыра: 3D бастыру кешеләргә космоста ничек уңышка ирешергә ярдәм итә ала?
Башта 3D бастыру, нигездә, медицина, автомобиль һәм аэрокосмик тармакларда тиз прототиплаштыру өчен кулланылган. Ләкин, бу технология киң таралу белән, ул соңгы максатлы компонентлар өчен кулланыла бара. Металл өстәмәләр җитештерү технологиясе, аеруча L-PBF, экстремаль космик шартлар өчен яраклы үзенчәлекләргә һәм ныклыкка ия төрле металлар җитештерү мөмкинлеген бирде. Аэрокосмик компонентлар җитештерүдә DED, бәйләүче матдәләр агымы һәм экструзия процессы кебек башка 3D бастыру технологияләре дә кулланыла. Соңгы елларда яңа бизнес модельләре барлыкка килде, Made in Space һәм Relativity Space кебек компанияләр аэрокосмик компонентларны эшләү өчен 3D бастыру технологиясен кулланалар.
Relativity Space аэрокосмик сәнәгать өчен 3D принтер эшли
Аэрокосмик өлкәдә 3D бастыру технологиясе
Хәзер без аларны тәкъдим иттек, аэрокосмик сәнәгатьтә кулланыла торган төрле 3D бастыру технологияләрен якыннанрак карап чыгыйк. Беренчедән, металл өстәмәләре җитештерү, аеруча L-PBF, бу өлкәдә иң киң кулланыла икәнен билгеләп үтәргә кирәк. Бу процесс металл порошогын катлам-катлам эретү өчен лазер энергиясен куллануны үз эченә ала. Ул, бигрәк тә, кечкенә, катлаулы, төгәл һәм шәхси детальләр җитештерү өчен яраклы. Аэрокосмик җитештерүчеләр шулай ук металл чыбык яки порошок салуны үз эченә алган һәм нигездә шәхси металл яки керамик детальләрне ремонтлау, каплау яки җитештерү өчен кулланыла торган DEDдан файда күрә алалар.
Киресенчә, бәйләүче матдәләр белән агым, җитештерү тизлеге һәм арзан бәя ягыннан отышлы булса да, югары җитештерүчән механик детальләр җитештерү өчен яраклы түгел, чөнки ул соңгы продуктны җитештерү вакытын арттыра торган эшкәртүдән соңгы ныгыту адымнарын таләп итә. Экструзия технологиясе шулай ук космик мохиттә дә нәтиҗәле. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, барлык полимерлар да космик киңлектә куллану өчен яраклы түгел, ләкин PEEK кебек югары җитештерүчән пластиклар үзләренең ныклыгы аркасында кайбер металл детальләрне алыштыра ала. Ләкин, бу 3D бастыру процессы әле дә бик киң таралмаган, ләкин ул яңа материаллар кулланып, космик киңлекне өйрәнү өчен кыйммәтле активка әйләнергә мөмкин.
Лазер порошок катламын термоядролык кушылмасы (L-PBF) - аэрокосмик 3D бастыруда киң кулланыла торган технология.
Космик материалларның потенциалы
Аэрокосмик индустрия 3D бастыру аша яңа материалларны өйрәнә, базарны бозарга мөмкин булган инновацион альтернативалар тәкъдим итә. Титан, алюминий һәм никель-хром эретмәләре кебек металлар һәрвакыт төп игътибар үзәгендә булса да, тиздән яңа материал игътибар үзәгендә булырга мөмкин: ай реголиты. Ай реголиты - айны каплаган тузан катламы, һәм ESA аны 3D бастыру белән берләштерүнең файдасын күрсәтте. ESAның өлкән җитештерү инженеры Адвенит Макая ай реголитын бетонга охшатып сурәтли, ул нигездә кремний һәм тимер, магний, алюминий һәм кислород кебек башка химик элементлардан тора. ESA Lithoz белән чын ай тузанына охшаш үзлекләргә ия булган симуляцияләнгән ай реголитын кулланып, винтлар һәм шестернялар кебек кечкенә функциональ детальләр җитештерү өчен хезмәттәшлек итә.
Ай реголитларын җитештерүдә кулланыла торган күпчелек процесслар җылылыкны куллана, бу аны SLS һәм порошок бәйләү бастыру чишелешләре кебек технологияләр белән туры килә. ESA шулай ук магний хлоридын материаллар белән кушып һәм аны симуляцияләнгән үрнәктә табылган магний оксиды белән кушып каты детальләр җитештерү максаты белән D-Shape технологиясен куллана. Бу ай материалының мөһим өстенлекләренең берсе - аның нечкә басма чишелеше, ул детальләрне иң югары төгәллек белән җитештерү мөмкинлеген бирә. Бу үзенчәлек киләчәктәге ай базалары өчен куллану даирәсен киңәйтүдә һәм компонентлар җитештерүдә төп активка әйләнергә мөмкин.
Ай реголиты һәркайда
Шулай ук Марста табылган җир асты материалына кагылышлы Марс реголиты да бар. Хәзерге вакытта халыкара космик агентлыклар бу материалны кайтара алмыйлар, ләкин бу галимнәргә аның кайбер аэрокосмик проектлардагы потенциалын тикшерүдән туктатмады. Тикшеренүчеләр бу материалның симуляцияләнгән үрнәкләрен кулланалар һәм аны титан эретмәсе белән кушып, кораллар яки ракета компонентларын җитештерәләр. Башлангыч нәтиҗәләр күрсәткәнчә, бу материал югарырак ныклык бирәчәк һәм җиһазларны дат һәм радиация зыяныннан саклаячак. Бу ике материал охшаш үзенчәлекләргә ия булса да, ай реголиты әле дә иң күп сыналган материал булып кала. Тагын бер өстенлек - бу материалларны Җирдән чимал ташу кирәк булмыйча, урында җитештерергә мөмкин. Моннан тыш, реголит - бетмәс-төкәнмәс материал чыганагы, ул җитмәүне булдырмаска ярдәм итә.
3D бастыру технологиясенең аэрокосмик сәнәгатьтә кулланылышы
3D бастыру технологиясенең аэрокосмик сәнәгатьтә кулланылышы кулланылган конкрет процесска карап төрлечә булырга мөмкин. Мәсәлән, лазер порошок катламы кушылмасы (L-PBF) корал системалары яки космик запас частьләр кебек катлаулы кыска вакытлы детальләр җитештерү өчен кулланылырга мөмкин. Калифорниядә урнашкан Launcher стартапы Velo3D'ның сапфир-металл 3D бастыру технологиясен үзенең E-2 сыек ракета двигателе белән яхшырту өчен кулланды. Җитештерүченең процессы индукцион турбинаны булдыру өчен кулланылды, ул LOX (сыек кислород) тизләтүдә һәм яну камерасына кертүдә мөһим роль уйный. Турбина һәм сенсор һәрберсе 3D бастыру технологиясе ярдәмендә бастырылган һәм аннары җыелган. Бу инновацион компонент ракетага зуррак сыеклык агымы һәм зуррак этәрү көче бирә, бу аны двигательнең аерылгысыз өлеше итә.
Velo3D E-2 сыек ракета двигателе җитештерүдә PBF технологиясен куллануга өлеш кертте.
Өстәмә җитештерү киң кулланылышка ия, шул исәптән кечкенә һәм зур конструкцияләр җитештерү. Мәсәлән, Relativity Space'ның Stargate чишелеше кебек 3D бастыру технологияләре ракета ягулык баклары һәм пропеллер пычаклары кебек зур детальләр җитештерү өчен кулланылырга мөмкин. Relativity Space моны берничә метр озынлыктагы ягулык багын да кертеп, тулысынча диярлек 3D бастырылган Terran 1 ракетасын уңышлы җитештерү аша исбатлады. Аның 2023 елның 23 мартында беренче тапкыр очырылуы өстәмә җитештерү процессларының нәтиҗәлелеген һәм ышанычлылыгын күрсәтте.
Экструзия нигезендәге 3D бастыру технологиясе шулай ук PEEK кебек югары җитештерүчән материаллар кулланып детальләр җитештерү мөмкинлеген бирә. Бу термопластиктан ясалган компонентлар инде космоста сынап каралган һәм БАӘ Ай миссиясе кысаларында Рәшит роверына урнаштырылган. Бу сынауның максаты PEEKның экстремаль ай шартларына чыдамлыгын бәяләү иде. Әгәр уңышлы булса, PEEK металл детальләре ватылган яки материаллар җитмәгән очракларда металл детальләрне алыштыра алырга мөмкин. Моннан тыш, PEEKның җиңел үзлекләре космосны өйрәнүдә кыйммәтле булырга мөмкин.
3D бастыру технологиясе аэрокосмик сәнәгать өчен төрле детальләр җитештерү өчен кулланылырга мөмкин.
Аэрокосмик индустриядә 3D бастыруның өстенлекләре
Аэрокосмик индустриядә 3D бастыруның өстенлекләре арасында традицион төзелеш техникасы белән чагыштырганда детальләрнең соңгы тышкы кыяфәтен яхшырту бар. Австриянең 3D принтер җитештерүчесе Lithoz компаниясенең генераль директоры Йоханнес Хома "бу технология детальләрне җиңеләйтә" дип белдерде. Дизайн иреге аркасында 3D бастырылган продуктлар нәтиҗәлерәк һәм азрак ресурслар таләп итә. Бу детальләр җитештерүнең әйләнә-тирә мохиткә йогынтысына уңай йогынты ясый. Relativity Space өстәмә җитештерүнең космик аппаратлар җитештерү өчен кирәкле компонентлар санын сизелерлек киметә алуын күрсәтте. Terran 1 ракетасы өчен 100 деталь экономияләнгән. Моннан тыш, бу технология җитештерү тизлегендә зур өстенлекләргә ия, ракета 60 көннән дә кимрәк вакыт эчендә төзелеп бетә. Киресенчә, традицион ысуллар кулланып ракета җитештерү берничә ел дәвам итәргә мөмкин.
Ресурслар белән идарә итүгә килгәндә, 3D бастыру материалларны экономияләргә һәм кайбер очракларда хәтта калдыкларны эшкәртүгә мөмкинлек бирә. Ниһаять, өстәмә җитештерү ракеталарның очыш авырлыгын киметү өчен кыйммәтле активка әйләнергә мөмкин. Максат - реголит кебек җирле материалларны максималь куллануны һәм космик кораблар эчендә материалларның ташылуын минимальләштерү. Бу сәяхәттән соң барысын да урында булдыра алырлык 3D принтер гына йөртү мөмкинлеген бирә.
Made in Space компаниясе инде үзләренең 3D принтерларының берсен сынап карау өчен галәмгә җибәрде.
Космоста 3D бастыруның чикләүләре
3D бастыруның күп өстенлекләре булса да, бу технология әле дә чагыштырмача яңа һәм аның чикләүләре бар. Адвенит Макая болай дип белдерде: "Авиакосмик индустриядә өстәмә җитештерүнең төп проблемаларының берсе - процессны контрольдә тоту һәм валидацияләү". Җитештерүчеләр лабораториягә кереп, һәр детальнең ныклыгын, ышанычлылыгын һәм микроструктурасын валидация алдыннан тикшерә алалар, бу процесс җимерми торган сынау (NDT) дип атала. Ләкин бу вакытны да, кыйммәтне дә ала, шуңа күрә төп максат - бу сынауларга ихтыяҗны киметү. NASA күптән түгел бу мәсьәләне хәл итү өчен үзәк булдырды, ул өстәмә җитештерү юлы белән җитештерелгән металл компонентларын тиз арада сертификацияләүгә юнәлтелгән. Үзәк продуктларның компьютер модельләрен яхшырту өчен цифрлы игезәкләрне кулланырга омтыла, бу инженерларга детальләрнең эшчәнлеген һәм чикләүләрен, шул исәптән ватылу алдыннан күпме басымга түзә алуларын яхшырак аңларга ярдәм итәчәк. Шулай итеп, үзәк аэрокосмик индустриядә 3D бастыруны куллануны алга этәрүгә ярдәм итәргә өметләнә, бу аны традицион җитештерү ысуллары белән көндәшлектә нәтиҗәлерәк итә.
Бу компонентлар комплекслы ышанычлылык һәм ныклык сынауларын уздылар.
Икенче яктан, җитештерү космоста башкарылса, тикшерү процессы башкача. ESAдан Адвенит Макая болай дип аңлата: "Бастырып чыгару вакытында детальләрне анализлауны үз эченә алган техника бар". Бу ысул кайсы басма продуктларның яраклы, ә кайсыларының яраксыз икәнен билгеләргә ярдәм итә. Моннан тыш, космос өчен тәгаенләнгән 3D принтерлар өчен үз-үзен төзәтү системасы бар һәм ул металл станокларда сынап карала. Бу система җитештерү процессындагы потенциаль хаталарны ачыклый һәм детальдәге теләсә нинди җитешсезлекләрне төзәтү өчен аның параметрларын автоматик рәвештә үзгәртә ала. Бу ике система космоста бастырылган продуктларның ышанычлылыгын арттырыр дип көтелә.
3D бастыру чишелешләрен раслау өчен, NASA һәм ESA стандартлар билгеләделәр. Бу стандартлар детальләрнең ышанычлылыгын билгеләү өчен берничә тестны үз эченә ала. Алар порошок катламнарын эретү технологиясен карыйлар һәм аларны башка процесслар өчен яңарталар. Шулай да, материаллар сәнәгатендәге күп кенә эре уенчылар, мәсәлән, Arkema, BASF, Dupont һәм Sabic, бу күзәтү мөмкинлеген тәэмин итәләр.
Космоста яшәүме?
3D бастыру технологиясенең үсеше белән без Җирдә бу технологияне кулланып йортлар төзү өчен күп уңышлы проектлар күрдек. Бу безне бу процессны якын яки ерак киләчәктә космоста яшәү өчен яраклы корылмалар төзү өчен кулланырга мөмкинме дигән сорауга мәҗбүр итә. Хәзерге вакытта космоста яшәү чынбарлыкка туры килмәсә дә, йортлар төзү, бигрәк тә Айда, космик миссияләрне башкаруда космонавтлар өчен файдалы булырга мөмкин. Европа космик агентлыгының (ESA) максаты - Ай реголитын кулланып, Айда гөмбәзләр төзү, аны космонавтларны радиациядән саклау өчен стеналар яки кирпечләр төзү өчен кулланырга мөмкин. ESAдан Адвенит Макая сүзләренчә, Ай реголитының якынча 60% металл һәм 40% кислород бар һәм космонавтларның исән калуы өчен мөһим материал булып тора, чөнки ул бу материалдан алынган очракта чиксез кислород чыганагы бирә ала.
NASA Ай өслегендә корылмалар төзү өчен 3D бастыру системасын эшләү өчен ICONга 57,2 миллион доллар грант бирде һәм шулай ук компания белән Марс Дюн Альфа яшәү урыны булдыру өстендә хезмәттәшлек итә. Максат - Марстагы яшәү шартларын тикшерү, волонтерларны Кызыл планетадагы шартларны симуляцияләү өчен бер ел дәвамында яшәү урынында яшәтү. Бу тырышлыклар Айда һәм Марста 3D бастырылган корылмаларны турыдан-туры төзүгә юнәлтелгән мөһим адымнарны күрсәтә, бу исә, ахыр чиктә, кешеләрнең космос колонизациясенә юл ачарга мөмкин.
Ерак киләчәктә бу йортлар космоста тормышның яшәвен тәэмин итә алыр иде.
Бастырылган вакыты: 2023 елның 14 июне
