История на използването и въздействието на 3D принтирането в нови космически компании

Предимствата на 3D печата са добре документирани. Технологията позволява да се създават продукти на мястото, където са необходими. Помага за справяне с проблемите с ефективността, като кара веригите за доставки да се движат напред плавно. Това може да има огромно въздействие при намаляване на ресурсите и времето, необходими за производството на продукти.

Ракетните компании са използвали 3D печат, официално известен като адитивно производство, през по-голямата част от последното десетилетие, започвайки с разработването на SpaceX през 2013 г. на 3D отпечатана част от СуперДрако ракетен двигател.

Тази статия проследява историята на използването на 3D принтиране в нови космически компании. Към края на статията ще разгледаме и друга усъвършенствана производствена техника, използвана от тези компании: леене под високо налягане.

Дефиниране на 3D печат

Нека започнем с напомняне какво включва технологията за 3D печат. Няма по-добро място да потърсите определението за 3D печат от майсторите на 3D печата, Autodesk.

Autodesk определя 3D принтирането като „процес, чрез който се създават физически обекти чрез нанасяне на материали на слоеве въз основа на цифров модел“. Същият източник добавя, че „технологията за 3D печат може да се използва за създаване на всичко – от прототипи и прости части до високотехнологични крайни продукти като части за самолети …, екологични сгради, животоспасяващи медицински импланти и дори изкуствени органи, използващи слоеве от човешки клетки.“

Autodesk идентифицира три основни метода използвани при производството на артикули с помощта на 3D:

Производство на разтопени нишки (FFF): Главно при производството на потребителски продукти, този метод нагрява и екструдира пластмасов материал на слоеве, които образуват необходимия продукт. Нарича се още моделиране на разтопено отлагане (FDM).

Стереолитография (SLA): Използва ултравиолетова светлина за втвърдяване или излекуване на изпъкналости, един слой след друг.

Селективно лазерно синтероване (SLS): Разтопява прахообразни материали с помощта на лазери, слой по слой.

Защо производителите на космоса се обръщат към 3D печат

Доставчикът на софтуер за адитивно производство, AMFG, предоставя известна представа за въздействието на 3D производството в областта на космическите пътувания. Компанията бележки че „производителите на космически кораби са изправени пред предизвикателството да ускорят разработването и производството на ракети, като същевременно намалят разходите и повишат ефективността“.

AMFG казва че традиционният процес на производство на ракети включва няколко цикъла на прототипиране и фази на производство, което прави процеса скъп и отнема много време. Същият източник казва, че 3D производственият процес може да намали времето за производство на части от традиционния 14-седмичен период до само няколко седмици, което дава на производителите значителни спестявания на време и разходи.

3D производството също така гарантира прецизността на частите, което е предизвикателна задача при използване на традиционни методи на производство.

Първата 3D отпечатана част в космоса

Илон Мъск създаде SpaceX през 2002 г. Мисията му беше да намали разходите за пътуване до космоса, така че хората в крайна сметка да могат да колонизират Марс. Според за SpaceX, това ще бъде постигнато чрез използването на „напълно използваеми ракети-носители, които ще бъдат най-мощните създавани някога, способни да превозват хора до Марс и други дестинации в Слънчевата система“.

На 5 септември 2013 г. Мъск обяви чрез туит, че „Ракетна камера SpaceX SuperDraco inconel с реген охлаждащ кожух излиза от 3D метален принтер EOS.“

Източникът на новини за изследване на космоса, иновации и астрономия, Space.com доклади че „SpaceX изпрати първата си 3D отпечатана част в космоса в началото на тази година [2014]“. Същият източник добавя, че „частта, главен окислителен клапан на ракетен двигател, е летяла на борда на SpaceX на 6 януари, изстреляна на ракета Falcon 9, носеща търговския телекомуникационен сателит Thaicom 6 в орбита.“

Практичността на използването на 3D принтиране за направата на ракетни части беше потвърдена от факта, че вентилът работи според изискванията при напрегнати условия, включително при изключително ниски температури.

SpaceX също използва технология за 3D печат, за да произвежда други аксесоари, като например каски. Според до 3DNatives.com, „Всеки шлем разполага с визьор, клапани, ключалки и микрофони.“

Blue Origin: Направете значителни инвестиции в 3D печат 

Blue Origin е аерокосмическият производител, създаден от основателя на Amazon, Джеф Безос. Компанията стартира през 2000 г. в Кент, Вашингтон. „Ние се ангажираме да построим път към космоса, така че нашите деца да могат да изградят бъдещето“, гласи съобщението на компанията изявление на мисията.

Blue Origin също казва че отговаря на мисията си, като разработва „ракети носители за частично и напълно многократна употреба, които са безопасни, евтини и обслужват нуждите на всички граждански, търговски и отбранителни клиенти“.

Важна част от гарантирането, че евтините и безопасни продукти за пътуване в космоса на Blue Origin ще станат норма, е технологията за 3D печат. 3DPrintingIndustry.com цитира президента на Blue Origin Роб Майерсън, който казва че компанията му „е направила значителна инвестиция в 3D печат“. Той добавя: „Всички сме за възприемане на нови технологии и пълноценно използване на възможностите.“

3DPrintingIndustry.com също доклади че Майерсън илюстрира в презентация ползите за спестяване на време и разходи, въведени от 3D принтирането в сравнение с традиционните методи за леене. В презентацията Майерсън демонстрира част, чиято изработка отне три месеца с помощта на 3D принтиране. Същата част отнема повече от 12 месеца, като се използват традиционни методи за леене.

3D отпечатаният двигател отвежда първата жена до повърхността на Луната

През декември 2020 г. 3Dprint.com съобщи, че „Blue Origin създаде тристепенен спускаем апарат, който може да отведе първата жена и следващия мъж на повърхността на Луната до 2024 г.“

Вълнуващата част е, че двигателят BE-7, захранващ системата за кацане на Луната, е произведен с помощта на 3D технология. Това се потвърждава от Безос, който казва, „BE-7 е високоефективен, произведен с добавки течен водород/течен кислород лунен двигател за кацане с 10 000 lbf тяга – дълбоко дроселиране до 2000 lbf за прецизно кацане на Луната.“

Но това не е всичко. Безос използва Instagram видео да обяви, че „това е двигателят, който ще отведе първата жена на повърхността на Луната“. Според Washington Post тази жена е била Уоли Фънк, която е загубила шанса си да отиде в космоса през 1961 г. защото „НАСА нямаше програма за жени астронавти.“

Фънк може и да не е кацнала на повърхността на Луната, но в крайна сметка щеше да получи шанс да пътува до космоса на 20 юли 2021 г. Тя беше на 82 години. Фънк беше един от тримата пътници, пътували с Безос в Blue Origin дублиран неговият „първи човешки полет“.

Изстрелване на изцяло 3D-принтирана ракета в орбита

Relativity Space е космическа компания, създадена през 2015 г. Компанията е посочила своите гол да бъде „първата космическа компания, която успешно изстреля изцяло 3D отпечатана ракета в орбита“.

Но какво означава „напълно 3D отпечатана ракета“ в действителност. Денри Перес, който пише за Engineering.com, има отговор: „От двигателите до фюзелажа, Relativity автоматизира почти целия производствен процес.“

Перес добавя че 3D принтирането е позволило на Relativity да може бързо да модифицира дизайна си. Тя отбелязва, че за да победи конкуренти като SpaceX, компанията продава персонализиране. „Използването на 3D печат би позволило на компанията многократно да модифицира капсулите, за да пасват на всякакъв вид сателит“, пише тя.

Forbes.com цитира главния изпълнителен директор на Relativity Тим Елис, който казва че „с 3-D принтирането можем да правим ракети по-бързи, с по-малка, по-икономична фабрика и по-малко процеси.“

На 8 юни 2021 г. Алекс Нап от Forbes.com докладвани че Relativity е събрала $650 милиона в рисков кръг от серия E. Той съобщава, че „капиталът е насочен към ускоряване на развитието на ракетата Terran R на компанията, която ще бъде изцяло 3D отпечатана и способна да изстрелва по-големи полезни товари от ракетата Falcon 9 на Илон Мъск.“

Други космически компании, използващи 3D печат

С предимствата на 3D печата в областта на космоса, не е изненадващо, че всяка сериозна космическа компания изглежда прави нещо за производството на части, използвайки технологията.

Майкъл Печ, пишещ за 3DPrintingIndustry.com, съобщава, че президентът и главен изпълнителен директор на Virgin Galactic, Джордж Уайтсайдс, е имал информирани по време на интервю, че „целта на компанията е да намали времето, необходимо за производството на нашите двигатели, от много месеци до евентуално седмици“. Печ посочи, че 3D ще играе важна роля за постигането на тази цел.

Rocket Lab е компания за космически пътувания описано от MIT Technology Review като „Малката фирма, която стартира космическата революция с 3D печат“. Питър Бек създава компанията през 2006 г.

Технологичният преглед на MIT доклади че „Шест от ракетите [Rocket Lab] са изстреляни успешно досега – всяка оборудвана с девет двигателя на Ръдърфорд, които са създадени предимно с помощта на метален 3D печат, както и редица други елементи на борда.“

Има ли място за други методи?

Въпреки че новите космически компании напредват с 3D технологиите, изглежда, че други методи, използвани от векове, все още имат място в индустрията.

Пример за технология, която се използва от много години, но все още е актуална днес, е леене под налягане на пластмаса.

Доказателство, че тези методи все още имат бъдеще, може да се види в скорошна обява за работа от SpaceX, която показва, че компанията наема инженери и техници, запознати със съответните технологии.

Рекламата държави че тези инженери и техници ще „работят в тясно сътрудничество с нашите инженерни екипи в ранните фази на разработването на процеса на леене под високо налягане и пускането в експлоатация на оборудването и ще стимулират развитието на алуминиево леене под налягане във фирмата.”

От усилията и инвестициите, направени от новите космически компании, става ясно, че 3D печатът ще бъде значителна част от бъдещето. За организации като НАСА, 3D принтирането може да реши предизвикателството за изпращане на резервни части до Международната космическа станция, като направи възможно някои от тях да бъдат произведени точно там на МКС с помощта на 3D принтиране.