Historia wykorzystania i wpływu druku 3D w firmach New Space

Zalety druku 3D są dobrze udokumentowane. Technologia pozwala na tworzenie produktów w miejscu, w którym są potrzebne. Pomaga radzić sobie z problemami z wydajnością, sprawiając, że łańcuchy dostaw płynnie posuwają się do przodu. Może to mieć ogromny wpływ na zmniejszenie zasobów i czasu potrzebnego do wytworzenia produktów.

Firmy rakietowe wykorzystywały druk 3D, formalnie znany jako produkcja addytywna, przez większą część ostatniej dekady, począwszy od opracowania przez SpaceX w 2013 r. SuperDraco silnik rakietowy.

Artykuł śledzi historię wykorzystania druku 3D w nowych firmach kosmicznych. Pod koniec artykułu przyjrzymy się również innej zaawansowanej technice produkcyjnej stosowanej przez te firmy: odlewaniu ciśnieniowemu.

Definiowanie druku 3D

Zacznijmy od przypomnienia, na czym polega technologia druku 3D. Nie ma lepszego miejsca do szukania definicji druku 3D niż u mistrzów druku 3D, firmy Autodesk.

Autodesk definiuje Druk 3D jako „proces, w którym obiekty fizyczne są tworzone poprzez nakładanie materiałów warstwami na podstawie modelu cyfrowego”. To samo źródło dodaje, że „technologię druku 3D można wykorzystać do stworzenia wszystkiego, od prototypów i prostych części po wysoce techniczne produkty końcowe, takie jak części samolotów…, ekologiczne budynki, ratujące życie implanty medyczne, a nawet sztuczne narządy przy użyciu warstw ludzkich komórek. ”.

Autodesk identyfikuje trzy podstawowe metody zatrudnionych przy produkcji przedmiotów z wykorzystaniem 3D:

Produkcja topionego włókna (FFF): Metoda ta, stosowana głównie w produkcji produktów konsumpcyjnych, polega na podgrzewaniu i wytłaczaniu warstw tworzywa sztucznego, które tworzą wymagany produkt. Jest to również nazywane modelowaniem osadzania topionego (FDM).

Stereolitografia (SLA): Wykorzystuje światło UV do utwardzania lub utwardzania podbić, jedna warstwa po drugiej.

Selektywne spiekanie laserowe (SLS): Łączy sproszkowane materiały za pomocą laserów, warstwa po warstwie.

Dlaczego producenci kosmiczni zwracają się do druku 3D

Dostawca oprogramowania do produkcji addytywnej, AMFG, dostarcza pewnych informacji na temat wpływu produkcji 3D na podróże kosmiczne. Firma notatki że „producenci statków kosmicznych stoją przed wyzwaniem przyspieszenia rozwoju i produkcji rakiet, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów i zwiększeniu wydajności”.

AMFG mówi że tradycyjny proces produkcji rakiet obejmuje kilka cykli prototypowania i faz produkcji, co czyni ten proces kosztownym i czasochłonnym. To samo źródło twierdzi, że proces produkcji 3D może skrócić czas produkcji części z tradycyjnego okresu 14 tygodni do zaledwie kilku tygodni, dając producentom znaczne oszczędności czasu i kosztów.

Produkcja 3D zapewnia również precyzję części, co jest trudnym zadaniem przy stosowaniu tradycyjnych metod wytwarzania.

Pierwsza część wydrukowana w 3D w kosmosie

Elon Musk założył SpaceX w 2002 roku. Jego misją było obniżenie kosztów podróży w kosmos, aby ludzie mogli ostatecznie skolonizować Marsa. Według dla SpaceX można by to osiągnąć poprzez wykorzystanie „pojazdów nośnych w pełni wielokrotnego użytku, które będą najpotężniejszymi, jakie kiedykolwiek zbudowano, zdolnymi do przenoszenia ludzi na Marsa i inne miejsca w Układzie Słonecznym”.

W dniu 5 września 2013 r. Musk ogłoszony za pośrednictwem tweeta, że „komora rakietowa SpaceX SuperDraco inconel z płaszczem chłodzącym Regen wyłania się z metalowej drukarki EOS 3D”.

Źródło wiadomości o eksploracji kosmosu, innowacjach i astronomii, Space.com raporty że „SpaceX wysłał swoją pierwszą wydrukowaną w 3D część w kosmos na początku tego roku [2014]”. To samo źródło dodaje, że „Część, główny zawór utleniacza silnika rakietowego, poleciała na pokład rakiety Falcon 9 wystrzelonej przez SpaceX 6 stycznia, przenoszącej komercyjnego satelitę telekomunikacyjnego Thaicom 6 na orbitę”.

Praktyczność wykorzystania druku 3D do produkcji części rakiet została potwierdzona faktem, że zawór działał zgodnie z wymaganiami w trudnych warunkach, w tym w ekstremalnie niskich temperaturach.

SpaceX wykorzystuje również technologię druku 3D do produkcji innych akcesoriów, takich jak kaski. Według do 3Dnatives.com, „Każdy kask ma wizjer, zawory, zamki i mikrofony”.

Blue Origin: znaczące inwestycje w drukowanie 3D 

Blue Origin to producent lotniczy założony przez założyciela Amazona, Jeffa Bezosa. Firma powstała w 2000 roku w Kent w stanie Waszyngton. „Jesteśmy zaangażowani w budowę drogi w kosmos, aby nasze dzieci mogły budować przyszłość” — czytamy w komunikacie firmy deklaracja misji.

Niebieskie pochodzenie również mówi że spełnia swoją misję, opracowując „pojazdy nośne częściowo iw pełni wielokrotnego użytku, które są bezpieczne, tanie i służą potrzebom wszystkich klientów cywilnych, komercyjnych i obronnych”.

Ważnym elementem zapewnienia, że tanie i bezpieczne produkty Blue Origin do podróży kosmicznych staną się normą, jest technologia druku 3D. 3DPrintingIndustry.com cytuje prezesa Blue Origin, Roba Meyersona, który mówi że jego firma „dokonała znacznych inwestycji w drukowanie 3D”. Dodaje: „Wszyscy jesteśmy za przyjęciem nowych technologii i pełnym wykorzystaniem możliwości”.

3DPrintingIndustry.com również raporty że Meyerson zilustrował w prezentacji korzyści płynące z drukowania 3D w zakresie oszczędności czasu i kosztów w porównaniu z tradycyjnymi metodami odlewania. W prezentacji Meyerson prezentuje część, której wykonanie za pomocą druku 3D zajęło trzy miesiące. Ta sama część trwa ponad 12 miesięcy przy użyciu tradycyjnych metod odlewania.

Silnik wydrukowany w 3D zabiera pierwszą kobietę na powierzchnię Księżyca

W grudniu 2020 r. 3Dprint.com poinformowało, że „Blue Origin stworzyło trzystopniowy lądownik, który może zabrać pierwszą kobietę i kolejnego mężczyznę na powierzchnię Księżyca do 2024 r.”.

Ekscytujące jest to, że silnik BE-7 napędzający system lądownika księżycowego został wyprodukowany przy użyciu technologii 3D. Potwierdza to Bezos, który mówi, „BE-7 to wysokowydajny, wytwarzany addytywnie silnik do lądowania na Księżycu na ciekły wodór / ciekły tlen o ciągu 10 000 funtów siły – głębokie dławienie do 2000 funtów siły w celu precyzyjnego lądowania na Księżycu”.

Ale to nie wszystko. Bezos użył tzw Wideo na Instagramie ogłosić, że „to jest silnik, który zabierze pierwszą kobietę na powierzchnię Księżyca”. Według Washington Post, tą kobietą była Wally Funk, która straciła szansę na lot w kosmos w 1961 roku. ponieważ „NASA nie miała programu dla kobiet-astronautek”.

Funk może nie wylądowała na powierzchni Księżyca, ale w końcu 20 lipca 2021 roku będzie miała szansę polecieć w kosmos. Miała 82 lata. Funk był jednym z trzech pasażerów, którzy podróżowali z Bezosem w Blue Origin zdubbingowany jego „pierwszy ludzki lot”.

Wystrzelenie rakiety w pełni wydrukowanej w 3D na orbitę

Relativity Space to firma kosmiczna założona w 2015 roku. Firma wskazała swoją bramka być „pierwszą firmą kosmiczną, która z powodzeniem wyniosła na orbitę rakietę w pełni wydrukowaną w 3D”.

Ale co oznacza „w pełni wydrukowana rakieta 3D” w rzeczywistości. Denrie Perez, który pisze dla Engineering.com, ma odpowiadać: „Od silników po kadłub, teoria względności automatyzuje prawie cały proces produkcyjny”.

Perez dodaje że druk 3D umożliwił firmie Relativity szybką modyfikację projektów. Zauważa, że aby pokonać konkurentów, takich jak SpaceX, firma sprzedaje personalizację. „Wykorzystanie druku 3D umożliwiłoby firmie wielokrotne modyfikowanie kapsuł, aby pasowały do każdego rodzaju satelity” – pisze.

Forbes.com cytuje CEO Relativity, Tima Ellisa, który mówi że „dzięki drukowaniu 3D jesteśmy w stanie produkować rakiety szybciej, przy mniejszej, szczuplejszej fabryce i mniejszej liczbie procesów”.

8 czerwca 2021 r. Alex Knapp z Forbes.com zgłoszone że Relativity zebrał $650 milionów w rundzie venture Series E. Informuje, że „kapitał jest nastawiony na przyspieszenie rozwoju rakiety Terran R firmy, która będzie w całości wydrukowana w 3D i zdolna do wystrzelenia większych ładunków niż rakieta Falcon 9 Elona Muska”.

Inne firmy kosmiczne korzystające z druku 3D

Biorąc pod uwagę zalety druku 3D w dziedzinie kosmicznej, nie jest zaskakujące, że każda poważna firma kosmiczna wydaje się robić coś w zakresie produkcji części przy użyciu tej technologii.

Michael Petch, piszący dla 3DPrintingIndustry.com, donosi, że prezes i dyrektor generalny Virgin Galactic, George Whitesides, miał powiadomiony powiedział mu podczas wywiadu, że „celem firmy jest skrócenie czasu produkcji naszych silników z wielu miesięcy do kilku tygodni”. Petch wskazał, że 3D odegra ogromną rolę w osiągnięciu tego celu.

Rocket Lab to firma zajmująca się podróżami kosmicznymi opisane przez MIT Technology Review jako „Mała firma, która zapoczątkowała rewolucję kosmiczną w druku 3D”. Peter Beck założył firmę w 2006 roku.

Przegląd technologii MIT raporty że „do tej pory z powodzeniem wystrzelono sześć rakiet [Rocket Lab] — każda wyposażona w dziewięć silników Rutherford, które są tworzone głównie przy użyciu druku 3D w metalu, podobnie jak wiele innych elementów na pokładzie”.

Czy jest miejsce na inne metody?

Mimo że nowe firmy kosmiczne rozwijają technologie 3D, wygląda na to, że inne metody, które były stosowane od wieków, wciąż mają miejsce w branży.

Przykładem technologii, która była używana przez wiele lat, ale nadal jest aktualna jest dzisiaj formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych.

Dowodem na to, że te metody wciąż mają przyszłość, jest niedawne ogłoszenie o pracę od SpaceX wskazujące, że firma zatrudnia inżynierów i techników zorientowanych w odpowiednich technologiach.

reklama stany że ci inżynierowie i technicy będą „ściśle współpracować z naszymi zespołami inżynierów we wczesnych fazach rozwoju procesu odlewania ciśnieniowego i uruchamiania urządzeń oraz napędzać rozwój odlew aluminiowy w firmie."

Z wysiłków i inwestycji nowych firm kosmicznych jasno wynika, że druk 3D będzie znaczącą częścią przyszłości. Dla organizacji takich jak NASA, druk 3D może rozwiązać problem wysyłania części zamiennych na Międzynarodową Stację Kosmiczną, umożliwiając produkcję niektórych z nich bezpośrednio na ISS przy użyciu druku 3D.