Povijest upotrebe i utjecaja 3D ispisa u novim svemirskim tvrtkama

Prednosti 3D ispisa dobro su dokumentirane. Tehnologija omogućuje stvaranje proizvoda na mjestu gdje su potrebni. Pomaže u rješavanju problema učinkovitosti, čineći opskrbni lanac glatkim napredovanjem. To može imati ogroman utjecaj na smanjenje resursa i vremena potrebnog za proizvodnju proizvoda.

Raketne tvrtke koristile su 3D ispis, formalno poznat kao aditivna proizvodnja, veći dio prošlog desetljeća, počevši od SpaceX-ovog razvoja 3D tiskanog dijela 2013. SuperDraco raketni motor.

Ovaj članak prati povijest korištenja 3D printanja u novim svemirskim tvrtkama. Pred kraj članka, osvrnut ćemo se i na još jednu naprednu proizvodnu tehniku koju koriste ove tvrtke: lijevanje pod visokim pritiskom.

Definiranje 3D ispisa

Počnimo s podsjetnikom na to što uključuje tehnologija 3D ispisa. Nema boljeg mjesta za potražiti definiciju 3D printanja nego kod majstora 3D printanja, Autodeska.

Autodesk definira 3D printanje kao “proces kojim se stvaraju fizički objekti polaganjem materijala u slojevima na temelju digitalnog modela”. Isti izvor dodaje da se "tehnologija 3D ispisa može koristiti za stvaranje svega, od prototipova i jednostavnih dijelova do visoko tehničkih finalnih proizvoda kao što su dijelovi aviona..., ekološki prihvatljive zgrade, medicinski implantati koji spašavaju živote, pa čak i umjetni organi koristeći slojeve ljudskih stanica."

Autodesk identificira tri osnovne metode koristi se pri proizvodnji predmeta pomoću 3D:

Izrada topljenog filamenta (FFF): Uglavnom u proizvodnji potrošačkih proizvoda, ova metoda zagrijava i istiskuje plastični materijal u slojevima koji tvore traženi proizvod. Također se naziva modeliranje taloženog taloženja (FDM).

Stereolitografija (SLA): Koristi UV svjetlo za stvrdnjavanje ili stvrdnjavanje izbočina, jedan sloj za drugim.

Selektivno lasersko sinteriranje (SLS): Stapa praškaste materijale pomoću lasera, sloj po sloj.

Zašto se svemirski proizvođači okreću 3D ispisu

Dobavljač softvera za dodatnu proizvodnju, AMFG, pruža neke uvide u utjecaj 3D proizvodnje na područje svemirskih putovanja. Tvrtka bilješke da su "proizvođači svemirskih letjelica suočeni s izazovom ubrzanja razvoja i proizvodnje raketa, uz istovremeno smanjenje troškova i povećanje učinkovitosti".

AMFG kaže da tradicionalni proces proizvodnje raketa uključuje nekoliko ciklusa izrade prototipova i faza proizvodnje, što proces čini skupim i dugotrajnim. Isti izvor kaže da 3D proizvodni proces može smanjiti vrijeme proizvodnje dijelova s tradicionalnog razdoblja od 14 tjedana na samo nekoliko tjedana, dajući proizvođačima značajne uštede vremena i troškova.

3D proizvodnja također osigurava preciznost dijelova, što je izazovan zadatak kada se koriste tradicionalne metode proizvodnje.

Prvi 3D tiskani dio u svemiru

Elon Musk osnovao je SpaceX 2002. Njegova misija bila je smanjiti troškove putovanja u svemir kako bi ljudi na kraju mogli kolonizirati Mars. Prema prema SpaceX-u, to bi se postiglo upotrebom "lansirnih vozila za potpuno višekratnu upotrebu koja će biti najjača ikad napravljena, sposobna nositi ljude na Mars i druga odredišta u Sunčevom sustavu."

5. rujna 2013. Musk najavio putem tweeta da "SpaceX SuperDraco inconel raketna komora s regen rashladnim omotačem izlazi iz EOS 3D metalnog pisača."

Izvor vijesti o istraživanju svemira, inovacijama i astronomiji, Space.com izvješća da je "SpaceX poslao svoj prvi 3D isprintani dio u svemir početkom ove godine [2014.]." Isti izvor dodaje da je "dio, glavni oksidacijski ventil raketnog motora, doletio na SpaceX-ovo lansiranje rakete Falcon 9 6. siječnja koja nosi komercijalni telekomunikacijski satelit Thaicom 6 u orbitu."

Praktičnost korištenja 3D ispisa za izradu dijelova rakete potvrđena je činjenicom da je ventil radio prema potrebi u teškim uvjetima, uključujući ekstremno niske temperature.

SpaceX također koristi tehnologiju 3D ispisa za proizvodnju drugih dodataka kao što su kacige. Prema za 3Dnatives.com, "Svaka kaciga ima vizir, ventile, brave i mikrofone."

Blue Origin: Značajna ulaganja u 3D ispis 

Blue Origin je proizvođač zrakoplova koji je osnovao Jeff Bezos, osnivač Amazona. Tvrtka je pokrenuta 2000. godine u Kentu, Washington. "Predani smo izgradnji ceste u svemir kako bi naša djeca mogla graditi budućnost", stoji u tvrtkinoj izjavi izjava o misiji.

Blue Origin također kaže da ispunjava svoju misiju razvijajući "djelomično i potpuno ponovno upotrebljiva lansirna vozila koja su sigurna, jeftina i služe potrebama svih civilnih, komercijalnih i obrambenih kupaca."

Tehnologija 3D ispisa važan je dio osiguravanja da jeftini i sigurni proizvodi za svemirska putovanja tvrtke Blue Origin postanu norma. 3DPrintingIndustry.com citira predsjednika Blue Origin, Roba Meyersona, koji kaže da je njegova tvrtka "značajno uložila u 3D ispis". Dodaje: "Svi smo uključeni u usvajanje novih tehnologija i potpuno iskorištavanje mogućnosti."

3DPrintingIndustry.com također izvješća da je Meyerson u prezentaciji ilustrirao prednosti uštede vremena i troškova koje donosi 3D ispis u usporedbi s tradicionalnim metodama lijevanja. U prezentaciji Meyerson prikazuje dio za koji je bilo potrebno tri mjeseca da se napravi pomoću 3D ispisa. Za isti dio potrebno je više od 12 mjeseci tradicionalnim metodama lijevanja.

3D tiskani motor vodi prvu ženu na Mjesečevu površinu

U prosincu 2020. 3Dprint.com je izvijestio da je "Blue Origin stvorio trostupanjski lender koji bi mogao odvesti prvu ženu i sljedećeg muškarca na površinu Mjeseca do 2024. godine."

Uzbudljivo je to što je motor BE-7 koji pokreće sustav za slijetanje na Mjesec proizveden pomoću 3D tehnologije. To potvrđuje i Bezos, koji kaže, “BE-7 je aditivno proizvedeni motor za slijetanje na Mjesec s tekućim vodikom/tekućim kisikom s 10.000 lbf potiska – dubokim prigušenjem do 2.000 lbf za precizno slijetanje na Mjesec.”

Ali to nije sve. Bezos je koristio Instagram video objaviti da je "ovo motor koji će odvesti prvu ženu na površinu Mjeseca." Prema Washington Postu, ta je žena bila Wally Funk, koja je izgubila priliku za odlazak u svemir 1961. jer “NASA nije imala program za žene astronaute.”

Funk možda nije sletjela na površinu Mjeseca, ali bi na kraju dobila priliku otputovati u svemir 20. srpnja 2021. Imala je 82 godine. Funk je bio jedan od tri putnika koji su putovali s Bezosom u Blue Originu sinkronizirano njegov "prvi ljudski let".

Lansiranje potpuno 3D ispisane rakete u orbitu

Relativity Space svemirska je tvrtka osnovana 2015. Tvrtka je naznačila svoje cilj biti "prva svemirska tvrtka koja je uspješno lansirala potpuno 3D tiskanu raketu u orbitu."

Ali što u stvarnosti znači "potpuno 3D ispisana raketa". Denrie Perez, koji piše za Engineering.com, ima odgovor: "Od motora do trupa, Relativity automatizira gotovo cijeli proces proizvodnje."

Perez dodaje da je 3D ispis omogućio Relativityju da brzo modificira svoj dizajn. Napominje da kako bi pobijedila konkurente poput SpaceX-a, tvrtka prodaje prilagodbe. "Upotreba 3D ispisa omogućila bi tvrtki da više puta modificira kapsule kako bi odgovarale bilo kojoj vrsti satelita", piše ona.

Forbes.com citira izvršnog direktora tvrtke Relativity, Tima Ellisa, koji kaže da "s 3-D ispisom možemo brže izrađivati rakete, s manjom, ekonomičnijom tvornicom i s manje procesa."

8. lipnja 2021. Alex Knapp s Forbes.com prijavio da je Relativity prikupio $650 milijuna u rundi pothvata serije E. On izvješćuje da je "kapital usmjeren na ubrzavanje razvoja rakete Terran R tvrtke, koja će biti potpuno 3D ispisana i sposobna za lansiranje većeg tereta od rakete Falcon 9 Elona Muska."

Druge svemirske tvrtke koje koriste 3D ispis

S prednostima 3D ispisa u svemirskom polju, ne iznenađuje da svaka ozbiljna svemirska tvrtka poduzima nešto po pitanju proizvodnje dijelova koristeći ovu tehnologiju.

Michael Petch, koji piše za 3DPrintingIndustry.com, izvještava da je predsjednik i izvršni direktor Virgin Galactica, George Whitesides, informiran tijekom intervjua rekao mu je da je "cilj tvrtke smanjiti vrijeme potrebno za proizvodnju naših motora s nekoliko mjeseci na tjedne." Petch je naznačio da će 3D igrati značajnu ulogu u ispunjavanju ovog cilja.

Rocket Lab je tvrtka za svemirska putovanja opisao MIT Technology Review kao "Mala tvrtka koja je pokrenula svemirsku revoluciju s 3D ispisom." Peter Beck osnovao je tvrtku 2006.

Pregled tehnologije MIT-a izvješća da je "šest [Rocket Lab] raketa do sada uspješno lansirano - svaka je opremljena s devet Rutherfordovih motora koji su izrađeni prvenstveno pomoću metalnog 3D ispisa, kao i niz drugih elemenata na brodu."

Ima li prostora za druge metode?

Iako nove svemirske tvrtke grabe naprijed s 3D tehnologijama, čini se da druge metode koje se koriste godinama još uvijek imaju mjesta u industriji.

Primjer tehnologije koja se koristi dugi niz godina, ali je i danas relevantna je brizganje plastike.

Dokaz da ove metode još uvijek imaju budućnost može se vidjeti u nedavnom oglasu za posao iz SpaceX-a koji pokazuje da tvrtka zapošljava inženjere i tehničare upućene u relevantne tehnologije.

Oglas države da će ti inženjeri i tehničari “blisko surađivati s našim inženjerskim timovima u ranim fazama razvoja procesa tlačnog lijevanja pod visokim pritiskom i puštanja opreme u rad te poticati razvoj lijevanje aluminija pod pritiskom u tvrtki.”

Iz napora i ulaganja novih svemirskih tvrtki jasno je da će 3D ispis biti značajan dio budućnosti. Za organizacije poput NASA, 3D ispis može riješiti izazov slanja rezervnih dijelova na Međunarodnu svemirsku postaju tako što će omogućiti da se neki od njih proizvedu upravo ondje na ISS-u pomoću 3D ispisa.