3D-tulostuksen edut on dokumentoitu hyvin. Teknologia mahdollistaa tuotteiden luomisen sinne, missä niitä tarvitaan. Se auttaa käsittelemään tehokkuusongelmia ja saa toimitusketjut etenemään sujuvasti. Tällä voi olla valtava vaikutus tuotteiden valmistukseen tarvittavien resurssien ja ajan vähenemiseen.
Rakettiyhtiöt ovat käyttäneet 3D-tulostusta, joka tunnetaan virallisesti lisäainevalmistuksena, suurimman osan viime vuosikymmenestä alkaen SpaceXs 2013 -rakettimoottorin 3D-tulostetun osan kehittämisestä.
Tässä artikkelissa seurataan 3D-tulostuksen historiaa uusissa avaruusyhtiöissä. Artikkelin loppupuolella tarkastellaan myös toista näiden yritysten käyttämää kehittynyttä valmistustekniikkaa: korkeapaineista die valua.
3D-tulostuksen määrittely
Letâs aloittaa muistutuksella siitä, mitä 3D-tulostustekniikka sisältää. Ei ole parempaa paikkaa etsiä määritelmä 3D-tulostuksen kuin masters 3D-tulostuksen, Autodesk.
Autodesk määrittelee 3D-tulostuksen prosessiksi, jolla fyysiset esineet luodaan tallentamalla materiaaleja digitaaliseen malliin perustuviin kerroksiin. Sama lähde lisää, että 3D-tulostustekniikkaa voidaan käyttää luomaan kaikkea prototyypeistä ja yksinkertaisista osista erittäin teknisiin lopputuotteisiin, kuten lentokoneen osiin …, ympäristöystävällisiin rakennuksiin, elämää pelastaviin lääketieteellisiin implantteihin ja jopa keinotekoisiin elimiin, joissa käytetään ihmissolujen kerroksia.
Autodesk tunnistaa kolme ensisijaista menetelmää, joita käytetään 3D-laitteiden valmistuksessa:
FFF: Pääasiassa kulutustuotteiden valmistuksessa tämä menetelmä kuumentaa ja puristaa muovimateriaalia kerroksittain, jotka muodostavat vaaditun tuotteen. Sitä kutsutaan myös fuusiopinnoitteeksi (FDM).
Stereolitografia (SLA): UV-valolla kovetetaan tai parannetaan nousuja kerros toisensa jälkeen.
Valikoiva lasersintraus (SLS): Fuses -jauheet, joissa käytetään laseria kerroksittain.
Miksi avaruusvalmistajat käyttävät 3D-tulostusta
Lisäaineiden valmistusohjelmistojen toimittaja AMFG antaa joitakin tietoja 3D-tuotannon vaikutuksista avaruusmatkailun alalla. Yhtiö huomauttaa, että avaruusalusten valmistajilla on edessään haaste kiihdyttää rakettien kehitystä ja tuotantoa sekä vähentää kustannuksia ja lisätä tehokkuutta.
AMFG kertoo, että perinteinen rakettien valmistusprosessi sisältää useita prototyyppisyklejä ja tuotantovaiheita, mikä tekee prosessista kalliin ja aikaa vievän. Saman lähteen mukaan 3D-valmistusprosessi voi lyhentää osien valmistusaikaa perinteisestä 14 viikon jaksosta vain muutamaan viikkoon, mikä säästää merkittävästi aikaa ja kustannuksia.
3D-valmistuksella varmistetaan myös osien tarkkuus, mikä on haastava tehtävä perinteisiä valmistusmenetelmiä käytettäessä.
Ensimmäinen 3D-tulostettu osa avaruudessa
Elon Musk perusti SpaceX:n vuonna 2002. Hänen tehtävänään oli vähentää avaruuteen matkustamisen kustannuksia, jotta ihmiset voisivat lopulta asuttaa Marsin. SpaceX:n mukaan tämä saavutettaisiin käyttämällä täysin uudelleenkäytettäviä laukaisulaitteita, joista tulee kaikkien aikojen tehokkaimpia ja jotka pystyvät kuljettamaan ihmisiä Marsiin ja muihin aurinkokunnan kohteisiin.
5. syyskuuta 2013 Musk ilmoitti twiitissään: ”SpaceX:n SuperDraco-rakettikammio Inconelista, jossa on regeneratiivinen jäähdytysvaippa, valmistuu EOSin 3D-metallitulostimesta.”
Space.com kertoo avaruustutkimuksesta, innovoinnista ja tähtitieteestä, että SpaceX lähetti ensimmäisen 3D-tulostetun osansa avaruuteen tämän vuoden alussa [2014].Sama lähde lisää, että rakettimoottorin suurin hapetinventtiili lensi SpaceX:llä 6. tammikuuta, kun Falcon 9 -raketti kuljetti kaupallisen Thaicom 6 -televiestintäsatelliitin kiertoradalle.
Käytännöllisyys 3D-tulostuksen käyttämisessä raketin osien valmistamiseen vahvistui sillä, että venttiili toimi tarpeen mukaan raskaissa olosuhteissa, myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa.
SpaceX käyttää myös 3D-tulostustekniikkaa valmistaakseen muita lisävarusteita, kuten kypäriä. 3Dnatives.com -sivuston mukaan jokaisessa kypärässä on visiiri, venttiilit, lukot ja mikrofonit.
Sininen alkuperä: 3D-tulostukseen tehdään merkittäviä investointeja
Blue Origin on Amazonin perustajan Jeff Bezosin perustama ilmailu- ja avaruusalan valmistaja. Yhtiö lanseerattiin vuonna 2000 Kentissä Washingtonissa. Olemme sitoutuneet rakentamaan tien avaruuteen, jotta lapsemme voivat rakentaa tulevaisuutta, lukee yhtiön mission tiedotteessa.
Blue Origin kertoo myös, että se täyttää tehtävänsä ja kehittää osittain ja kokonaan uudelleenkäytettäviä kantoraketteja, jotka ovat turvallisia, edullisia ja palvelevat kaikkien siviili-, kauppa- ja puolustusasiakkaiden tarpeita.
Tärkeä osa sen varmistamisessa, että edulliset ja turvalliset Blue Origins -avaruusmatkatuotteet muuttuvat normiksi, on 3D-tulostustekniikka. 3DprintingIndustry.com lainaa Blue Origin -yrityksen puheenjohtajaa Rob Meyersonia, joka sanoo, että hänen yrityksensä on tehnyt merkittävän sijoituksen 3D-tulostukseen. Hän lisää, että olemme kaikki mukana ottamassa käyttöön uusia teknologioita ja hyödyntämässä mahdollisuuksia täysimääräisesti.
3DPrintingIndustry.com kertoo myös, että Meyerson havainnollisti esityksessään 3D-tulostuksen aika- ja kustannussäästöjä perinteisiin valumenetelmiin verrattuna. Esityksessä Meyerson esittelee osan, jonka valmistaminen 3D-tulostamalla kesti kolme kuukautta. Perinteisillä valumenetelmillä saman osan valmistamiseen kuluu yli 12 kuukautta.
3D-tulostettu moottori vie ensimmäisen naisen Kuun pintaan
Joulukuussa 2020 3Dprint.com kertoi, että ”Blue Origin on kehittänyt kolmivaiheisen laskeutujan, joka voisi viedä ensimmäisen naisen ja seuraavan miehen Kuun pinnalle vuoteen 2024 mennessä.”
Kiehtovaa on se, että laskeutumisjärjestelmää käyttävä BE-7-moottori valmistettiin 3D-tekniikalla. Bezos vahvistaa tämän ja sanoo: ”BE-7 on suorituskykyinen, additiivisesti valmistettu nestemäistä vetyä ja nestemäistä happea käyttävä kuulaskeutumismoottori, jonka työntövoima on 10,000 lbf. Se pystyy syvään työntövoiman säätöön aina 2,000 lbf:iin saakka, mikä mahdollistaa tarkan laskeutumisen Kuuhun.”
Mutta ei siinä kaikki. Bezos käytti Instagram-videota ilmoittaakseen, että tämä on moottori, joka vie ensimmäisen naisen Kuun pinnalle.Washington Postin mukaan tämä nainen oli Wally Funk, joka menetti mahdollisuutensa päästä avaruuteen vuonna 1961, koska Nasalla ei ollut ohjelmaa naisastronauteille.
Funk ei ehkä ole laskeutunut Kuun pinnalle, mutta hän saisi lopulta mahdollisuuden matkustaa avaruuteen 20. heinäkuuta 2021. Hän oli 82-vuotias. Funk oli yksi kolmesta matkustajasta, jotka matkustivat Bezosin kanssa siinä, mitä Blue Origin kutsui ensimmäiseksi ihmislennokseen.
Täysin 3D-tulostetun raketin laukaisu kiertoradalle
Relativity Space on vuonna 2015 perustettu avaruusyhtiö. Yhtiö on ilmoittanut tavoitteekseen olla ensimmäinen avaruusyhtiö, joka on onnistunut laukaisemaan täysin 3D-tulostetun raketin kiertoradalle.
Mutta mitä tarkoittaa todellisuudessa 3D-tulostettu raketti. Engineering.comiin kirjoittava Denrie Perez vastaa: moottoreista runkoon, suhteellisuus on lähes koko valmistusprosessin automatisointia.
Perez lisää, että 3D-tulostus on mahdollistanut suhteellisuusperiaatteen nopean muokkaamisen. Hän huomauttaa, että voittaakseen kilpailijat, kuten SpaceX:n, yhtiö myy räätälöintejä. 3D-tulostuksen käyttö mahdollistaisi sen, että yritys voi toistuvasti muokata kapseleita mahtumaan mihin tahansa satelliittiin, hän kirjoittaa.
Forbes.com lainaa suhteellisuusteorian toimitusjohtajaa Tim Elliä, joka sanoo, että 3-D-tulostuksella voimme tehdä raketteja nopeammin, pienemmällä, kevyemmällä tehtaalla ja harvemmilla prosesseilla.
Kesäkuun 8. päivänä 2021 Forbes.comin Alex Knapp kertoi, että suhteellisuus on kerännyt 650 miljoonaa dollaria E-sarjan kierroksella. Hän kertoo, että pääkaupunki pyrkii vauhdittamaan Terran R-raketin kehitystä, joka on kokonaan 3D-tulostettu ja joka pystyy laukaisemaan suurempia hyötylatauksia kuin Elon Muskés Falcon 9 -raketti.
Muut avaruusyhtiöt käyttävät 3D-tulostusta
3D-tulostuksen hyödyt avaruusalalla eivät yllätä, että jokainen vakavasti otettava avaruusyritys näyttää tekevän jotain osien valmistamiseksi teknologiaa käyttäen.
Michael Petch, joka kirjoittaa 3DprintingIndustry.com -sivustolle, kertoo, että Virgin Galacticin toimitusjohtaja George Whitesides oli kertonut hänelle haastattelun aikana, että yrityksen tavoite on vähentää aikaa, joka kuluu moottorien valmistamiseen monesta kuukaudesta lopulta viikkoihin.Petch kertoi, että 3D:llä olisi syvällinen rooli tämän tavoitteen saavuttamisessa.
Rocket Lab on avaruusmatkailuyritys, jota MIT:n teknologiakatsauksessa luonnehditaan 3D-tulostetun avaruusvallankumouksen käynnistäneeksi pieneksi yritykseksi. Peter Beck perusti yrityksen vuonna 2006.
MIT:n teknologiakatsauksessa kerrotaan, että [Rocket Lab] -raketeista kuusi on tähän mennessä laukaissut onnistuneesti – kumpikin on varustettu yhdeksällä Rutherford-moottorilla, jotka on luotu pääasiassa metallisella 3D-tulostuksella, samoin kuin monet muut aluksella olevat elementit.
Onko muille menetelmille tilaa?
Vaikka uudet avaruusyritykset ajavat 3D-teknologioilla eteenpäin, näyttää siltä, että muilla iät ja ajat käytössä olleilla menetelmillä on vielä tilaa alalla.
Esimerkki tekniikasta, jota on käytetty useita vuosia mutta jolla on edelleen merkitystä, on muovin ruiskutusmuoti.
Todisteet siitä, että näillä menetelmillä on vielä tulevaisuus, käyvät ilmi SpaceX:n tuoreesta työpaikkakirjoituksesta, jossa kerrotaan, että yhtiö palkkaa insinöörejä ja teknikkoja perehtymään asianmukaisiin teknologioihin.
Ilmoituksessa todetaan, että nämä insinöörit ja teknikot tekevät tiivistä yhteistyötä insinööritiimiemme kanssa korkeapaineen valuprosessien kehittämisen ja laitteiden käyttöönoton alkuvaiheessa ja ajavat alumiinivalun kehittämistä yhtiössä.
Uusien avaruusyritysten ponnistelujen ja investointien perusteella on selvää, että 3D-tulostus on merkittävä osa tulevaisuutta. NASA:n kaltaisille organisaatioille 3D-tulostus voi ratkaista haasteen lähettää varaosia kansainväliselle avaruusasemalle mahdollistamalla, että osa niistä valmistetaan ISS:ssä 3D-tulostuksella.
