Предимствата на 3D печата са добре документирани. Технологията позволява продуктите да се създават на мястото, където са необходими. Тя помага за справяне с проблемите с ефективността, като осигурява безпроблемно протичане на веригите за доставки. Това може да окаже огромно влияние върху намаляването на ресурсите и времето, необходими за производството на продукти.
Ракетните компании използват 3D печат, официално известен като адитивно производство, през по-голямата част от последното десетилетие, започвайки с разработването на 3D отпечатана част от ракетата от SpaceX през 2013 г. СуперДрако ракетен двигател.
Тази статия проследява историята на използването на 3D печат в компаниите, занимаващи се с нови космически проекти. 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, където да потърсим определението за 3D печат, отколкото при майсторите на 3D печата, Autodesk.
Autodesk определя 3D печатът е „процес, чрез който се създават физически обекти чрез нанасяне на материали на слоеве въз основа на дигитален 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 например 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 изделия с помощта на 3D:
Производство на стопени нишки (FFF)Главно в производството на потребителски продукти, този метод нагрява и екструдира пластмасовия материал на слоеве, които формират желания продукт. Нарича се още моделиране чрез слято отлагане (FDM).
Стереолитография (SLA): Използва UV светлина за втвърдяване или полимеризиране на израстъци, един слой след друг.
Селективно лазерно синтероване (SLS)Слепва прахообразни материали с помощта на лазери, слой по слой.
Защо производителите на космическа техника се обръщат към 3D печат
Доставчикът на софтуер за адитивно производство, AMFG, предоставя известна информация 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 отнемащ 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 икономии на време и разходи.
3D производството също така гарантира прецизността на частите, което е трудна задача при използване на традиционни методи на производство.
Първата 3D отпечатана част в космоса
Илон Мъск основава SpaceX през 2002 г. Неговата мисия е била да намали разходите за пътуване до космоса, така че хората евентуално да могат да колонизират Марс. Според Според SpaceX това ще бъде постигнато чрез използването на „напълно използваеми ракети-носители за многократна употреба, 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 оповестен чрез туит, че „Камера на ракетата SpaceX SuperDraco с инконелна обвивка с регенеративно охлаждащо яке излиза от 3D метален принтер EOS“.
Източникът на новини за космически изследвания, иновации и астрономия, Space.com доклади че „SpaceX изпрати първата си 3D-принтирана част в космоса в началото на тази година [2014 г.]“. Същият източник добавя, че „частта, главен окислителен клапан на ракетен двигател, е летяла на борда на ракетата Falcon 9, изстреляна от SpaceX на 6 януари, носеща в орбита търговския телекомуникационен спътник Thaicom 6“.
Практичността на използването на 3D печат за изработка на ракетни части беше потвърдена от факта, че клапанът работеше както се изисква при тежки условия, включително при изключително ниски температури.
SpaceX използва и технология за 3D печат, за да произвежда други аксесоари, като например каски. Според към 3Dnatives.com, „Всяка каска разполага с визьор, клапани, заключващи механизми и микрофони.“
Blue Origin: Значителни инвестиции в 3D печат
Blue Origin е производител на аерокосмически продукти, основан от основателя на Amazon, Джеф Безос. Компанията е създадена през 2000 г. в Кент, Вашингтон. „Ние сме ангажирани да изградим път към космоса, за да могат нашите деца да изградят бъдещето“, се казва в декларацията на компанията. мисия.
Син произход също казва че изпълнява мисията си, като разработва „частично и напълно многократно използваеми ракети-носители, които са безопасни, евтини и обслужват нуждите на всички граждански, търговски и отбранителни клиенти“.
Важна част от осигуряването на това евтините и безопасни продукти за космически пътувания на Blue Origin да се превърнат в норма, е технологията за 3D печат. 3DPrintingIndustry.com цитира президента на Blue Origin, Роб Майерсън, който казва че неговата компания „е направила значителна инвестиция в 3D печат“. Той добавя: „Всички сме ангажирани с приемането на нови технологии и с пълноценното използване на възможностите.“
3DPrintingIndustry.com също доклади че Майерсън илюстрира в презентация предимствата за пестене на време и разходи, въведени от 3D печатането в сравнение с традиционните методи на леене. В презентацията Майерсън демонстрира част, чието изработване с помощта на 3D печат отнема три месеца. Същата част отнема над 12 месеца, използвайки традиционни методи на леене.
3D-принтираният двигател отвежда първата жена на повърхността на Луната
През декември 2020 г. 3Dprint.com съобщи, че „Blue Origin е създала тристепенен спускаем модул, който би могъл да отведе първата жена и следващия мъж на повърхността на Луната до 2024 г.“
Вълнуващото е, че двигателят BE-7, захранващ лунната система за спускане, е произведен с помощта на 3D технология. Това е потвърдено от Безос, който казва„BE-7 е високопроизводителен, адитивно произведен двигател за кацане на Луната с течен водород/течен кислород с тяга от 10 000 lbf – с възможност за дълбоко дроселиране до 2,000 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 ще получи възможност да пътува в космоса на 20 юли 2021 г. Тя беше на 82 години. Фънк беше един от тримата пътници, пътували с Безос в кораба на Blue Origin. наречен неговия „първи човешки полет“.
Изстрелване на изцяло 3D-принтирана ракета в орбита
Relativity Space е космическа компания, създадена през 2015 г. Компанията е посочила, че цел да бъде „първата космическа компания, която успешно изстреля в орбита изцяло 3D-принтирана ракета“.
Но какво всъщност означава „изцяло 3D-принтирана ракета“? Денри Перес, който пише за Engineering.com, има... отговор„От двигателите до фюзелажа, Relativity автоматизира почти целия производствен процес.“
Perez добавя че 3D печатът е позволил на Relativity бързо да променя своите дизайни. Тя отбелязва, че за да победи конкуренти като SpaceX, компанията продава персонализиране. „Използването на 3D печат би позволило на компанията многократно да модифицира капсули, за да паснат на всякакъв вид спътник“, пише тя.
Forbes.com цитира главния изпълнителен директор на Relativity, Тим Елис, който казва че „с 3D печат можем да правим ракети по-бързо, с по-малка, по-икономична фабрика и по-малко процеси“.
На 8 юни 2021 г. Алекс Кнап от Forbes.com съобщи че Relativity е набрала 650 милиона долара в кръг от рискови инвестиции от серия E. Той съобщава, че „капиталът е насочен към ускоряване на разработването на ракетата Terran R на компанията, която ще бъде изцяло отпечатана на 3D принтер и ще може 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 космическата област, не е изненадващо, че всяка сериозна космическа компания изглежда прави нещо за производството на части, използвайки тази технология.
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 му каза, че „целта на компанията е да намали времето, необходимо за производството на нашите двигатели, от много месеци до евентуално седмици“. Петч посочи, че 3D ще играе важна роля за постигането на тази цел.
Rocket Lab е компания за космически пътувания описан от MIT Technology Review като „Малката фирма, която даде началото на 3D-принтираната космическа революция“. Питър Бек основава компанията през 2006 г.
Технологичният преглед на MIT доклади че „Шест от ракетите [Rocket Lab] са изстреляни успешно досега – всяка от тях е оборудвана с девет двигателя Rutherford, създадени предимно с помощта на 3D печат с метал, 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 е актуална и днес, е пластмасови инжектиране формоване.
Доказателство, че тези методи все още имат бъдеще, може да се види в скорошна обява за работа от SpaceX, показваща, че компанията наема инженери и техници, запознати със съответните технологии.
Рекламата членки че тези инженери и техници ще „работят в тясно сътрудничество с нашите инженерни екипи в ранните фази на разработване на процеса на леене под високо налягане и въвеждането в експлоатация на оборудването и ще стимулират развитието на алуминиево леене във фирмата.“
От усилията и инвестициите, направени от новите космически компании, става ясно, че 3D печатът ще бъде важна част от бъдещето. За организации като НАСА3D печатът може да реши предизвикателството с изпращането на резервни части до Международната космическа станция, като направи възможно някои от тях да бъдат произведени директно на МКС с помощта на 3D печат.
