Նոր տիեզերական ընկերություններում 3D տպագրության կիրառման և ազդեցության պատմությունը

3D տպագրության առավելությունները լավ փաստագրված են։ Այս տեխնոլոգիան թույլ է տալիս արտադրանքը ստեղծել հենց այնտեղ, որտեղ այն անհրաժեշտ է։ Այն օգնում է լուծել արդյունավետության խնդիրները և սահուն գործարկել մատակարարման շղթաները։ Սա կարող է էապես նվազեցնել արտադրանքի պատրաստման համար անհրաժեշտ ռեսուրսներն ու ժամանակը։

Հրթիռներ արտադրող ընկերությունները 3D տպագրությունը, որի պաշտոնական անվանումն է հավելումային արտադրություն, կիրառում են արդեն մոտ տասնամյակ։ Այդ կիրառումը սկսվել է 2013 թվականին SpaceX-ի ստեղծած SuperDraco հրթիռային շարժիչի 3D տպված մասից։

Այս հոդվածում ներկայացվում է նոր տիեզերական ընկերություններում 3D տպագրության կիրառման պատմությունը։ Հոդվածի վերջում կդիտարկենք նաև այս ընկերությունների կիրառած մեկ այլ առաջադեմ արտադրական տեխնիկա՝ բարձր ճնշմամբ ձուլումը։

3D տպագրության սահմանումը

Սկսենք հիշեցնելով, թե ինչ է ներառում 3D տպագրության տեխնոլոգիան։ 3D տպագրության սահմանումը փնտրելու համար կարելի է դիմել 3D տպագրության առաջատար Autodesk-ին։

Autodesk-ը 3D տպագրությունը սահմանում է որպես «գործընթաց, որի միջոցով թվային մոդելի հիման վրա նյութերը շերտ առ շերտ տեղադրելով ստեղծվում են ֆիզիկական առարկաներ»։ Նույն աղբյուրը հավելում է, որ «3D տպագրության տեխնոլոգիայով կարելի է ստեղծել ամեն ինչ՝ նախատիպերից ու պարզ մասերից մինչև բարձր տեխնոլոգիական պատրաստի արտադրանք, օրինակ՝ ինքնաթիռի մասեր, էկոլոգիապես մաքուր շենքեր, կյանք փրկող բժշկական իմպլանտներ և նույնիսկ մարդու բջիջների շերտերից պատրաստված արհեստական օրգաններ»։

Autodesk-ը 3D տպագրությամբ արտադրանք պատրաստելիս կիրառվող երեք հիմնական մեթոդ է նշում։

Հալվող թելի շերտավորում (FFF)․ հիմնականում սպառողական արտադրանքներ պատրաստելու համար կիրառվող այս մեթոդում պլաստիկ նյութը տաքացվում ու արտամղվում է շերտերով՝ անհրաժեշտ արտադրանքը ձևավորելու համար։ Այն նաև կոչվում է հալված նյութի շերտավորում (FDM)։

Ուղեղի լույսը խարխլում է մեկ շերտ, մյուսը ՝ վնասում ։

Ավանդական լաբորատորիա ։

Ինչու են տիեզերական արտադրողները անցնում 3D տպագրության

Հավելումային արտադրության ծրագրային ապահովման մատակարար AMFG-ն ներկայացնում է տիեզերական ճանապարհորդության ոլորտում 3D արտադրության ազդեցության վերաբերյալ որոշ տեղեկություններ։ Ընկերությունը նշում է, որ «տիեզերանավեր արտադրողները բախվում են հրթիռների նախագծումն ու արտադրությունն արագացնելու, միաժամանակ ծախսերը նվազեցնելու և արդյունավետությունը բարձրացնելու մարտահրավերին»։

AMFG-ի խոսքով՝ հրթիռների արտադրության ավանդական գործընթացը ներառում է նախատիպերի պատրաստման մի քանի ցիկլ և արտադրության բազմաթիվ փուլեր, ինչի հետևանքով այն թանկ է և ժամանակատար։ Նույն աղբյուրը նշում է, որ 3D արտադրությունը կարող է մասերի պատրաստման ժամանակը ավանդական 14-շաբաթյա ժամանակահատվածից կրճատել մինչև ընդամենը մի քանի շաբաթ՝ արտադրողներին զգալի ժամանակ և ծախսեր խնայելով։

3D արտադրությունը նաև ապահովում է մասերի ճշտությունը, ինչը դժվար է ձեռք բերել ավանդական արտադրական մեթոդներով։

Տիեզերքում առաջին 3D տպված մասը

Elon Musk-ը SpaceX-ը հիմնադրել է 2002 թվականին։ Նրա նպատակն էր նվազեցնել տիեզերք ճանապարհորդելու արժեքը, որպեսզի մարդիկ ապագայում կարողանան գաղութացնել Մարսը։ Ըստ SpaceX-ի՝ դրան կարելի է հասնել «լիովին բազմակի օգտագործման արձակման մեքենաների կիրառմամբ, որոնք երբևէ կառուցված ամենահզոր մեքենաներն են լինելու և կարող են մարդկանց տանել Մարս ու Արեգակնային համակարգի այլ ուղղություններ»։

2013 թվականի սեպտեմբերի 5-ին Musk-ը թվիթով հայտարարեց․ «SpaceX SuperDraco-ի Inconel հրթիռային խցիկը՝ վերականգնողական հովացման պատյանով, դուրս է եկել EOS 3D մետաղական տպիչից»։

Տիեզերական հետազոտությունների, նորարարությունների և աստղագիտության մասին լուրեր հրապարակող Space.com-ը հայտնում է, որ «SpaceX-ը այս տարվա սկզբին [2014] տիեզերք է ուղարկել իր առաջին 3D տպված մասը»։ Նույն աղբյուրն ավելացնում է․ «Մասը՝ հրթիռային շարժիչի հիմնական օքսիդիչ փականը, թռիչք է կատարել SpaceX-ի հունվարի 6-ի արձակմամբ․ Falcon 9 հրթիռը ուղեծիր էր տանում Thaicom 6 առևտրային հեռահաղորդակցության արբանյակը»։

Հրթիռային մասեր պատրաստելու համար 3D տպագրության կիրառելիությունը հաստատվեց, երբ փականը պահանջվածի պես աշխատեց բարդ պայմաններում, այդ թվում՝ չափազանց ցածր ջերմաստիճաններում։

SpaceX-ը 3D տպագրության տեխնոլոգիան օգտագործում է նաև այլ պարագաներ, օրինակ՝ սաղավարտներ պատրաստելու համար։ 3Dnatives.com-ի համաձայն՝ «յուրաքանչյուր սաղավարտ ունի երեսկալ, փականներ, կողպեքներ և խոսափողներ»։

Blue Origin-ը նշանակալի ներդրումներ է կատարում 3D տպագրության մեջ 

Blue Origin-ը ավիատիեզերական արտադրող է, որը հիմնադրել է Amazon-ի հիմնադիր Jeff Bezos-ը։ Ընկերությունը ստեղծվել է 2000 թվականին Վաշինգտոն նահանգի Քենթ քաղաքում։ Ընկերության առաքելության մեջ ասվում է․ «Մենք հանձնառու ենք դեպի տիեզերք ճանապարհ կառուցել, որպեսզի մեր երեխաները կարողանան կերտել ապագան»։

Blue Origin-ը նաև նշում է, որ իրագործում է առաքելությունը՝ մշակելով «մասամբ և ամբողջությամբ բազմակի օգտագործման արձակման մեքենաներ, որոնք անվտանգ են, մատչելի և բավարարում են քաղաքացիական, առևտրային ու պաշտպանական բոլոր հաճախորդների կարիքները»։

Blue Origin-ի անվտանգ ու մատչելի տիեզերական ճանապարհորդության արտադրանքը լայնորեն կիրառելի դարձնելու կարևոր մաս է 3D տպագրության տեխնոլոգիան։ 3DPrintingIndustry.com-ը մեջբերում է Blue Origin-ի նախագահ Rob Meyerson-ին, որն ասում է, որ իր ընկերությունը «զգալի ներդրում է կատարել 3D տպագրության մեջ»։ Նա ավելացնում է․ «Մենք լիովին պատրաստ ենք նոր տեխնոլոգիաներ ընդունելուն և դրանց հնարավորություններից ամբողջությամբ օգտվելուն»։

3DPrintingIndustry.com-ը նաև հայտնում է, որ Meyerson-ը ներկայացման ժամանակ ցույց է տվել 3D տպագրության ժամանակի և ծախսերի խնայողության առավելությունները՝ ավանդական ձուլման մեթոդների համեմատ։ Նա ներկայացրել է մի մաս, որի պատրաստումը 3D տպագրությամբ տևել է երեք ամիս։ Նույն մասի պատրաստումը ավանդական ձուլման մեթոդներով տևում է ավելի քան 12 ամիս։

3D տպված շարժիչը, որը առաջին կնոջը կտանի Լուսնի մակերևույթ

2020 թ. դեկտեմբերի 3 – ին « Օրիգենեսը ստեղծեց երեք հարկանի հողատարածք, որը կարող էր վերցնել առաջին կնոջը եւ հաջորդ տղամարդուն ՝ Լուսնի մակերեւույթին 2024 թ. դեկտեմբերին ։

Հետաքրքիրն այն է, որ լուսնային վայրէջքի համակարգը սնուցող BE-7 շարժիչն արտադրվել է 3D տեխնոլոգիայով։ Bezos-ը հաստատում է դա՝ ասելով․ «BE-7-ը բարձր արդյունավետությամբ, հավելումային արտադրության եղանակով պատրաստված հեղուկ ջրածնով/հեղուկ թթվածնով աշխատող լուսնային վայրէջքի շարժիչ է՝ 10,000 lbf քարշուժով։ Այն կարող է խորությամբ կարգավորել քարշուժը մինչև 2,000 lbf՝ Լուսնի վրա ճշգրիտ վայրէջք ապահովելու համար»։

Սակայն սա դեռ ամենը չէ։ Bezos-ը Instagram-ի տեսանյութում հայտարարեց․ «Սա այն շարժիչն է, որը առաջին կնոջը կտանի Լուսնի մակերևույթ»։ The Washington Post-ի համաձայն՝ այդ կինը Wally Funk-ն էր, որը 1961 թվականին կորցրեց տիեզերք մեկնելու հնարավորությունը, քանի որ «NASA-ն կին տիեզերագնացների ծրագիր չուներ»։

Funk-ը գուցե չվայրէջք կատարեց Լուսնի մակերևույթին, բայց ի վերջո հնարավորություն ստացավ տիեզերք մեկնել 2021 թվականի հուլիսի 20-ին։ Նա 82 տարեկան էր։ Funk-ը երեք ուղևորներից մեկն էր, որոնք Bezos-ի հետ թռան Blue Origin-ի՝ «առաջին մարդկային թռիչք» անվանած առաքելությամբ։

Ամբողջությամբ 3D տպված հրթիռի արձակում ուղեծիր

Relativity Space-ը տիեզերական ընկերություն է, որը հիմնադրվել է 2015 թվականին։ Ընկերությունը հայտարարել է, որ իր նպատակն է «դառնալ առաջին տիեզերական ընկերությունը, որը հաջողությամբ ուղեծիր կարձակի ամբողջությամբ 3D տպված հրթիռ»։

Իսկ իրականում ի՞նչ է նշանակում «ամբողջությամբ 3D տպված հրթիռ»։ Engineering.com-ի հեղինակ Denrie Perez-ը պատասխանում է․ «Շարժիչներից մինչև ֆյուզելյաժ՝ Relativity-ն ավտոմատացնում է արտադրության գրեթե ողջ գործընթացը»։

Perez-ը հավելում է, որ 3D տպագրությունը Relativity-ին հնարավորություն է տվել արագ փոփոխել նախագծերը։ Նա նշում է, որ SpaceX-ի նման մրցակիցներին գերազանցելու համար ընկերությունն առաջարկում է հարմարեցում․ «3D տպագրության կիրառումը ընկերությանը հնարավորություն կտա բազմիցս փոփոխել պարկուճները՝ ցանկացած տեսակի արբանյակի համապատասխանեցնելու համար»։

Մասնագետներն ասում են, որ « Կարմիր խաչմերուկում 3D տպարանով ավելի արագ կարող ենք ռոք սարքել ՝ փոքր, պլաստմասսայե գործարանով եւ քիչ գործարաններով ։

2021 թվականի հունիսի 8-ին Forbes.com-ի Alex Knapp-ը հաղորդեց, որ Relativity-ն Series E վենչուրային փուլի շրջանակում ներգրավել է 650 միլիոն դոլար։ Նա հայտնում է, որ «կապիտալը նախատեսված է ընկերության Terran R հրթիռի մշակումն արագացնելու համար․ այն ամբողջությամբ կպատրաստվի 3D տպագրությամբ և կկարողանա ավելի մեծ բեռներ ուղեծիր հասցնել, քան Elon Musk-ի Falcon 9 հրթիռը»։

3D տպագրություն կիրառող այլ տիեզերական ընկերություններ

Տիեզերական ոլորտում 3D տպագրության առավելությունները հաշվի առնելով՝ զարմանալի չէ, որ տիեզերական լուրջ ընկերությունները փորձում են այս տեխնոլոգիայով մասեր արտադրել։

3DPrintingIndustry.com-ի հեղինակ Michael Petch-ը հայտնում է, որ Virgin Galactic-ի նախագահ և գլխավոր գործադիր տնօրեն George Whitesides-ը հարցազրույցում ասել էր, որ ընկերության «նպատակն է շարժիչների արտադրության տևողությունը բազմաթիվ ամիսներից ի վերջո կրճատել մինչև մի քանի շաբաթ»։ Petch-ը նշում է, որ 3D տպագրությունը կարևոր դեր կունենա այդ նպատակի իրականացման գործում։

Rocket Lab-ը տիեզերական ճանապարհորդության ընկերություն է, որին MIT Technology Review-ն անվանել է «փոքր ընկերություն, որը մեկնարկել է 3D տպագրության տիեզերական հեղափոխությունը»։ Peter Beck-ը ընկերությունը հիմնադրել է 2006 թվականին։

MIT Technology Review-ն հայտնում է․ «Մինչ այժմ [Rocket Lab-ի] հրթիռներից վեցը հաջողությամբ արձակվել են։ Յուրաքանչյուրն ունի Rutherford-ի ինը շարժիչ, որոնք հիմնականում պատրաստվում են մետաղի 3D տպագրությամբ, ինչպես նաև հրթիռի մի շարք այլ տարրեր»։

Կարելի ՞ է ներողամիտ լինել այլ մեդիաների հանդեպ

Թեև նոր տիեզերական ընկերություններն առաջ են շարժվում 3D տեխնոլոգիաների կիրառմամբ, թվում է, որ տասնամյակներ շարունակ կիրառվող այլ մեթոդները նույնպես դեռ տեղ ունեն ոլորտում։

Երկար տարիներ կիրառվող, բայց այսօր էլ արդիական տեխնոլոգիայի օրինակ է պլաստիկի ներարկմամբ ձուլումը։

Այս մեթոդների ապագա ունենալու ապացույց կարելի է տեսնել SpaceX-ի աշխատանքի վերջին հայտարարության մեջ․ ընկերությունը փնտրում է համապատասխան տեխնոլոգիաներին տիրապետող ինժեներների և տեխնիկների։

Հայտարարության մեջ նշվում է, որ այս ինժեներներն ու տեխնիկները «սերտորեն կաշխատեն մեր ինժեներական թիմերի հետ՝ բարձր ճնշմամբ ձուլման գործընթացի մշակման և սարքավորումների շահագործման սկզբնական փուլերում, ինչպես նաև կխթանեն ընկերությունում ալյումինի ճնշմամբ ձուլման զարգացումը»։

Նոր տիեզերական ընկերությունների ջանքերից ու ներդրումներից պարզ է, որ 3D տպագրությունը ապագայում կարևոր դեր կունենա։ NASA-ի նման կազմակերպությունների համար 3D տպագրությունը կարող է լուծել Միջազգային տիեզերակայան պահեստամասեր ուղարկելու խնդիրը՝ որոշ մասեր անմիջապես ISS-ում 3D տպագրությամբ պատրաստելու հնարավորություն տալով։