Zalety druku 3D są dobrze udokumentowane. Technologia ta pozwala na tworzenie produktów w miejscu, w którym są potrzebne. Pomaga w rozwiązywaniu problemów z wydajnością, usprawniając łańcuchy dostaw. Może to mieć ogromny wpływ na redukcję zasobów i czasu potrzebnego na produkcję.
Firmy produkujące rakiety wykorzystują druk 3D, formalnie znany jako produkcja addytywna, od większej części ostatniej dekady, począwszy od opracowanej przez SpaceX w 2013 r. części rakiety nośnej wydrukowanej w technologii 3D. Super Draco silnik rakietowy.
W tym artykule prześledzimy historię wykorzystania druku 3D w nowych firmach z branży kosmicznej. Pod koniec artykułu przyjrzymy się również innej zaawansowanej technice produkcyjnej stosowanej przez te firmy: odlewaniu ciśnieniowemu.
Definicja druku 3D
Zacznijmy od przypomnienia, na czym polega technologia druku 3D. Nie ma lepszego miejsca na znalezienie definicji druku 3D niż u mistrzów druku 3D, firmy Autodesk.
Autodesk definiuje Druk 3D to „proces, w którym obiekty fizyczne są tworzone poprzez nakładanie materiałów warstwami na podstawie modelu cyfrowego”. To samo źródło dodaje, że „technologia druku 3D może być wykorzystywana do tworzenia wszystkiego, od prototypów i prostych części po zaawansowane technicznie produkty finalne, takie jak części samolotów…, ekologiczne budynki, ratujące życie implanty medyczne, a nawet sztuczne organy wykorzystujące warstwy ludzkich komórek”.
Autodesk identyfikuje trzy podstawowe metody stosowane przy produkcji przedmiotów przy użyciu technologii 3D:
Produkcja z włókien topionych (FFF):Metoda ta, stosowana głównie w produkcji dóbr konsumpcyjnych, polega na podgrzewaniu i wytłaczaniu tworzywa sztucznego warstwami, które tworzą pożądany produkt. Nazywa się ją również modelowaniem metodą osadzania topionego materiału (FDM).
Stereolitografia (SLA): Utwardzanie naniesień odbywa się za pomocą światła ultrafioletowego, warstwa po warstwie.
Selektywne spiekanie laserowe (SLS):Łączy materiały sproszkowane za pomocą laserów, warstwa po warstwie.
Dlaczego producenci sprzętu kosmicznego zwracają się w stronę druku 3D
Dostawca oprogramowania do produkcji addytywnej, AMFG, przedstawia pewne spostrzeżenia na temat wpływu produkcji 3D na sektor podróży kosmicznych. Firma zauważa że „producenci statków kosmicznych stoją przed wyzwaniem przyspieszenia rozwoju i produkcji rakiet, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów i zwiększeniu wydajności”.
AMFG mówią Tradycyjny proces produkcji rakiet obejmuje kilka cykli prototypowania i faz produkcji, co czyni go kosztownym i czasochłonnym. To samo źródło podaje, że proces produkcji 3D może skrócić czas produkcji części z tradycyjnych 14 tygodni do zaledwie kilku tygodni, zapewniając producentom znaczne oszczędności czasu i kosztów.
Produkcja w technologii 3D zapewnia również precyzję części, co stanowi trudne zadanie w przypadku stosowania tradycyjnych metod produkcji.
Pierwsza część wydrukowana w technologii 3D w kosmosie
Elon Musk założył SpaceX w 2002 roku. Jego misją było obniżenie kosztów podróży kosmicznych, aby ludzie mogli ostatecznie skolonizować Marsa. Stosownie Według SpaceX miałoby to zostać osiągnięte dzięki wykorzystaniu „w pełni wielokrotnego użytku rakiet nośnych, które będą najpotężniejszymi, jakie kiedykolwiek zbudowano i będą zdolne do przewożenia ludzi na Marsa i inne miejsca w Układzie Słonecznym”.
5 września 2013 r. Musk ogłosił za pośrednictwem tweeta o treści: „Komora rakietowa SpaceX SuperDraco Inconel z regeneracyjnym płaszczem chłodzącym powstaje z metalowej drukarki 3D EOS”.
Źródło wiadomości o eksploracji kosmosu, innowacjach i astronomii, Space.com Raporty że „SpaceX wysłał swoją pierwszą część wydrukowaną w technologii 3D w kosmos na początku tego roku [2014]”. To samo źródło dodaje, że „część ta, główny zawór utleniacza silnika rakietowego, poleciała na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX wystrzelonej 6 stycznia, która wynosiła komercyjnego satelitę telekomunikacyjnego Thaicom 6 na orbitę”.
Praktyczność wykorzystania druku 3D do produkcji części rakietowych została potwierdzona faktem, że zawór działał zgodnie z wymaganiami w trudnych warunkach, w tym w ekstremalnie niskich temperaturach.
SpaceX wykorzystuje technologię druku 3D również do produkcji innych akcesoriów, np. kasków. Stosownie według 3Dnatives.com: „Każdy hełm jest wyposażony w wizjer, zawory, blokady i mikrofony”.
Blue Origin: znaczące inwestycje w druk 3D
Blue Origin to producent sprzętu lotniczego i kosmicznego założony przez założyciela Amazona, Jeffa Bezosa. Firma powstała w 2000 roku w Kent w stanie Waszyngton. „Jesteśmy zaangażowani w budowę drogi do kosmosu, aby nasze dzieci mogły budować przyszłość” – czytamy w oświadczeniu firmy. opis misji.
Blue Origin również mówią że firma realizuje swoją misję, opracowując „częściowo lub całkowicie wielokrotnego użytku pojazdy startowe, które są bezpieczne, tanie i zaspokajają potrzeby wszystkich klientów cywilnych, komercyjnych i obronnych”.
Ważnym elementem, który ma zapewnić, 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 mówią że jego firma „poczyniła znaczącą inwestycję w druk 3D”. Dodaje: „Wszyscy jesteśmy zaangażowani w wdrażanie nowych technologii i pełne wykorzystywanie ich możliwości”.
3DPrintingIndustry.com również Raporty Meyerson zilustrował w prezentacji korzyści wynikające z oszczędności czasu i kosztów, jakie daje druk 3D w porównaniu z tradycyjnymi metodami odlewania. W prezentacji Meyerson prezentuje element, którego wykonanie metodą druku 3D zajęło trzy miesiące. Ten sam element wymaga ponad 12 miesięcy, jeśli jest wykonany tradycyjnymi metodami odlewania.
Silnik drukowany w technologii 3D zabiera pierwszą kobietę na powierzchnię Księżyca
W grudniu 2020 roku serwis 3Dprint.com poinformował, że „Blue Origin stworzyło trzystopniowy lądownik, który do 2024 roku będzie mógł zabrać na powierzchnię Księżyca pierwszą kobietę i kolejnego mężczyznę”.
Ekscytujące jest to, że silnik BE-7 napędzający system lądownika księżycowego został wyprodukowany w technologii 3D. Potwierdza to Bezos, który mówią„BE-7 to wysokowydajny, wytwarzany metodą addytywną silnik księżycowy zasilany ciekłym wodorem/ciekłym tlenem, o ciągu 10 000 lbf (ok. 4575 kg) – z możliwością głębokiego zmniejszenia do 2 000 lbf (ok. 915 kg) w celu precyzyjnego lądowania na Księżycu”.
Ale to nie wszystko. Bezos użył Film 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. bo „NASA nie miała żadnego programu dla astronautek”.
Funk może nie wylądowała na powierzchni Księżyca, ale ostatecznie miała szansę na podróż w kosmos 20 lipca 2021 roku. Miała 82 lata. Funk była jedną z trzech osób, które podróżowały z Bezosem w ramach programu Blue Origin. dubbingowane „pierwszego lotu człowieka”.
Wystrzelenie na orbitę w pełni wydrukowanej w technologii 3D rakiety
Relativity Space to firma kosmiczna założona w 2015 roku. Firma wskazała, że cel być „pierwszą firmą kosmiczną, której udało się pomyślnie wystrzelić na orbitę rakietę w całości wydrukowaną w technologii 3D”.
Ale co w rzeczywistości oznacza „w pełni drukowana w 3D rakieta”? Denrie Perez, autorka Engineering.com, ma odpowiedź„Relativity automatyzuje niemal cały proces produkcyjny, od silników po kadłub”.
Perez dodaje Druk 3D umożliwił firmie Relativity szybką modyfikację projektów. Zauważa, że aby pokonać konkurencję, taką jak SpaceX, firma sprzedaje usługi personalizacji. „Wykorzystanie druku 3D umożliwiłoby firmie wielokrotną modyfikację kapsuł, aby dopasować je do dowolnego rodzaju satelity” – pisze.
Forbes.com cytuje dyrektora generalnego Relativity, Tima Ellisa, który mówią „Dzięki drukowi 3D możemy produkować rakiety szybciej, w mniejszej, bardziej wydajnej fabryce i z mniejszą liczbą procesów”.
8 czerwca 2021 r. Alex Knapp z Forbes.com zgłaszane że Relativity pozyskało 650 milionów dolarów w rundzie finansowania serii E. Donosi, że „kapitał jest przeznaczony na przyspieszenie rozwoju rakiety Terran R, która będzie w całości drukowana w technologii 3D i będzie zdolna do wystrzeliwania większych ładunków niż rakieta Falcon 9 Elona Muska”.
Inne firmy kosmiczne wykorzystujące druk 3D
Mając na uwadze korzyści, jakie druk 3D oferuje w branży kosmicznej, nie dziwi fakt, że każda poważna firma działająca w tej branży podejmuje działania mające na celu produkcję części przy użyciu tej technologii.
Michael Petch, piszący dla 3DPrintingIndustry.com, informuje, że prezes i dyrektor generalny Virgin Galactic, George Whitesides, poinformowany w wywiadzie powiedział mu, że „celem firmy jest skrócenie czasu produkcji naszych silników z wielu miesięcy do nawet kilku tygodni”. Petch wskazał, że technologia 3D odegra znaczącą rolę w osiągnięciu tego celu.
Rocket Lab to firma zajmująca się podróżami kosmicznymi opisane przez MIT Technology Review jako „Mała firma, która zapoczątkowała rewolucję w dziedzinie druku 3D w kosmosie”. Peter Beck założył firmę w 2006 roku.
Przegląd technologii MIT Raporty „Do tej pory udało się pomyślnie wystrzelić sześć rakiet [Rocket Lab] — każda wyposażona w dziewięć silników Rutherforda, które zostały stworzone głównie przy użyciu druku 3D z metalu, podobnie jak szereg innych elementów na pokładzie”.
Czy jest miejsce na inne metody?
Mimo że nowe firmy z branży kosmicznej rozwijają technologie 3D, wygląda na to, że inne metody stosowane od wieków nadal mają swoje miejsce w tej branży.
Przykładem technologii, która jest stosowana od wielu lat, ale nadal jest aktualna, jest formowanie wtryskowe z tworzywa sztucznego.
Dowodem na to, że metody te wciąż mają przyszłość, jest niedawne ogłoszenie o pracę w SpaceX, w którym poinformowano, że firma poszukuje inżynierów i techników znających się na odpowiednich technologiach.
Reklama państwa że ci inżynierowie i technicy będą „ściśle współpracować z naszymi zespołami inżynierskimi na wczesnych etapach rozwoju procesu odlewania ciśnieniowego pod wysokim ciśnieniem i uruchamiania urządzeń oraz kierować rozwojem odlew aluminiowy w firmie.”
Z wysiłków i inwestycji nowych firm kosmicznych jasno wynika, że druk 3D będzie istotną częścią przyszłości. Dla organizacji takich jak NASADruk 3D może rozwiązać problem wysyłania części zamiennych na Międzynarodową Stację Kosmiczną, umożliwiając produkcję niektórych z nich bezpośrednio na ISS przy użyciu technologii druku 3D.
