Zalety druku 3D są dobrze udokumentowane. Technologia pozwala na tworzenie produktów w miejscu, gdzie są potrzebne. Pomaga radzić sobie z problemami efektywności, sprawia, że łańcuchy dostaw płynnie idą naprzód. Może to mieć ogromny wpływ na zmniejszenie zasobów i czasu potrzebnego do produkcji produktów.
Firma Rocket wykorzystywała druk 3D, formalnie znany jako produkcja addycyjna, w lepszej części ostatniej dekady, począwszy od opracowania w 2013 roku SpaceX części druku 3D silnika rakietowego SuperDraco.
Artykuł ten śledzi historię stosowania druku 3D w nowych firmach kosmicznych. Pod koniec artykułu przyjrzymy się również innej zaawansowanej technologii produkcji stosowanej przez te firmy: odlewania wysokociśnieniowego.
Definiowanie druku 3D
Zacznijmy od przypomnienia o technologii drukowania 3D. Nie ma lepszego miejsca do poszukiwania definicji druku 3D niż od mistrzów druku 3D, Autodesk.
Firma Autodesk definiuje druk 3D jako „proces, dzięki któremu obiekty fizyczne powstają poprzez depozytowanie materiałów w warstwach w oparciu o model cyfrowy”. Ten sam źródło dodaje, że „technologia druku 3D może być używana do tworzenia wszystkiego od prototypów i prostych części do wysoce technicznych produktów końcowych, takich jak części samolotu …, ekologiczne budynki, ratujące życie implanty medyczne, a nawet sztuczne organy wykorzystujące warstwy ludzkich komórek”.
Autodesk określa trzy podstawowe metody stosowane przy produkcji wyrobów wykorzystujących 3D:
Produkcja włókien zużytych (FFF): Głównie w produkcji produktów konsumpcyjnych, ta metoda podgrzewa i ekstruduje materiał z tworzywa sztucznego w warstwach, które tworzą wymagany produkt. Jest również nazywany modelem emisyjnym (FDM).
Stereolithography (SLA): Używa światła UV do zatwardzenia lub wyleczenia podnosi, jedna warstwa po drugiej.
Selektywne spiekanie laserowe (SLS): Materiały rozpuszczone w proszku używając laserów, warstwa po warstwie.
Dlaczego producenci przestrzeni skracają się do druku 3D
Dostawca oprogramowania AMFG dostarcza pewnych informacji na temat wpływu produkcji 3D w dziedzinie podróży kosmicznych. Firma zauważa, że „producenci statków kosmicznych stoją przed wyzwaniem przyspieszenia rozwoju i produkcji rakiet, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów i zwiększeniu wydajności”.
AMFG mówi, że tradycyjny proces produkcji rakiet obejmuje kilka cykli prototypowania i etapów produkcji, co sprawia, że proces jest kosztowny i czasochłonny. Ten sam źródło mówi, że proces produkcji 3D może zmniejszyć czas produkcji dla części z tradycyjnego 14-tygodniowego okresu do zaledwie kilku tygodni, co daje producentom znaczne oszczędności czasu i kosztów.
Wytwarzanie 3D zapewnia również precyzję części, co stanowi wyzwanie przy stosowaniu tradycyjnych metod produkcji.
Pierwsza część wydrukowana 3D w przestrzeni kosmicznej
Elon Musk założył SpaceX w 2002 roku. Jego misją było zmniejszenie kosztów podróży do kosmosu, aby ludzie mogli ostatecznie kolonizować Marsa. Według SpaceX, można to osiągnąć poprzez „w pełni używane pojazdy nośne, które będą najpotężniejsze w historii, zdolne do przenoszenia ludzi na Marsa i inne miejsca przeznaczenia w systemie słonecznym”.
5 września 2013 r. Musk ogłosił poprzez tweeta, że „Komora rakietowa SpaceX SuperDraco inconel w regen kurtka chłodząca wypływa z drukarki metalowej EOS 3D”.
Źródło wiadomości o eksploracji przestrzeni kosmicznej, innowacjach i astronomii, Space.com donosi, że „SpaceX wysłał swoją pierwszą część drukowaną 3D w kosmos na początku tego roku [2014].” Ten sam źródło dodaje, że “Część, zawór rakietowy głównego utleniacza, wyleciał na pokład SpaceX styczeń 6 rakiety Falcon 9, przenoszącej komercyjną satelitę Thaicom 6 telekomunikacji na orbitę”.
Praktyka użycia druku 3D do produkcji części rakietowych została potwierdzona faktem, że zawór działał zgodnie z wymogami w warunkach wytrzymałościowych, w tym w bardzo niskich temperaturach.
SpaceX wykorzystuje również technologię druku 3D do produkcji innych akcesoriów, takich jak hełmy. Według 3Dnatives.com, “Każdy kask posiada wizor, zawory, zamki i mikrofony.”
Niebieski Pochodzenie: Wprowadzenie znaczących inwestycji w druk 3D
Niebieski Pochodzenie jest producentem aerospace utworzony przez założyciela Amazonki Jeff Bezos. Firma została uruchomiona w 2000 roku w Kent w Waszyngtonie. “Zaangażowaliśmy się w budowę drogi do przestrzeni, aby nasze dzieci mogły zbudować przyszłość”, czyta oświadczenie firmy o misji.
Niebieski Pochodzenie mówi również, że żyje w zgodzie ze swoją misją poprzez opracowanie „częściowo i w pełni wielokrotnego użytku pojazdów nośnych, które są bezpieczne, niskie koszty i służą potrzebom wszystkich klientów cywilnych, handlowych i obrony”.
Ważną częścią zapewnienia, że tanie i bezpieczne produkty podróże kosmiczne niebieskiego pochodzenia stają się normą jest technologia druku 3D. 3DPrintingIndustry.com cytuje prezesa Blue Pochodzenie, Rob Meyerson, który mówi, że jego firma „poczyniła znaczne inwestycje w druk 3D.” dodaje: „Wszyscy jesteśmy w przyjmowaniu nowych technologii i w pełni wykorzystuje możliwości”.
3DPrintingIndustry.com donosi również, że Meyerson zilustrował, w prezentacji, korzyści z czasu i oszczędności kosztów wprowadzone przez druk 3D w porównaniu z tradycyjnymi metodami odlewu. W prezentacji Meyerson prezentuje część, która zajęła trzy miesiące z wykorzystaniem druku 3D. Ta sama część zajmuje ponad 12 miesięcy przy użyciu tradycyjnych metod odlewu.
Wydruk 3D Wprowadzenie pierwszej kobiety na powierzchnię Księżyca
W grudniu 2020 roku, 3Dprint.com donosił, że “Niebieski Pochodzenie stworzył trzystopniowy lądowiec, który mógłby zabrać pierwszą kobietę i następnego mężczyznę na powierzchnię Księżyca do 2024 roku.”
Co ciekawe, silnik BE-7 napędzający system lądownika księżycowego został wyprodukowany w technologii druku 3D. Potwierdził to Bezos, mówiąc: „BE-7 to wysokowydajny silnik do lądowania na Księżycu, wytwarzany metodą przyrostową, zasilany ciekłym wodorem i ciekłym tlenem, o ciągu 10,000 lbf, z możliwością głębokiego dławienia do 2,000 lbf, co umożliwia precyzyjne lądowanie na Księżycu”.
Ale to nie wszystko. Bezos użył wideo na Instagramie, aby ogłosić, że “To jest silnik, który zabierze pierwszą kobietę na powierzchnię Księżyca”. Według Washington Post, ta kobieta była Wally Funk, który stracił swoją szansę na pójście do kosmosu w 1961 roku, ponieważ “NASA nie miał programu dla astronautów.”
Funk może nie wylądował na powierzchni Księżyca, ale w końcu dostałby szansę na podróż do kosmosu 20 lipca 2021 roku. Miała 82 lata. Funk był jednym z trzech pasażerów, którzy podróżowali z Bezos w tym, co Blue Pochodzenie nazwał swój “pierwszy ludzki lot”.
Uruchomienie w Orbit w pełni wydrukowanej rakiety 3D
Relativity Space jest firmą kosmiczną założoną w 2015 roku. Firma wskazała, że jej celem jest “pierwsza firma kosmiczna, aby z powodzeniem wystrzelić pełną rakietę na orbicie 3D.”
Ale co w rzeczywistości oznacza „pełna rakieta nadrukowana 3D”. Denrie Perez, która pisze dla Engineering.com, ma odpowiedź: “Od silników do bezpiecznika, Relativity zautomatyzuje prawie cały proces produkcyjny.”
Perez dodaje, że druk 3D pozwolił na szybką modyfikację swoich wzorów. Odnotowuje, że pokonać konkurentów, takich jak SpaceX, firma sprzedaje regulacje. “Wykorzystywanie druku 3D umożliwiłoby firmie wielokrotne modyfikowanie kapsułek dowolnego rodzaju satelity” pisze.
Forbes.com cytuje dyrektora generalnego ds. Relativity Tima Ellisa, który mówi, że “z drukiem 3-D jesteśmy w stanie zrobić rakiety szybciej, z mniejszą, chudszą fabrykę i mniej procesów.”
W dniu 8 czerwca 2021 roku Alex Knapp z Forbes.com poinformował, że Relativity wyniósł 650 milionów dolarów w rundzie przedsięwzięcia Series E. Donosi, że „kapitał jest ukierunkowany na przyspieszenie rozwoju rakiety Terran R firmy, która będzie całkowicie wydrukowana 3D i będzie w stanie wystrzeliwać większe obciążenie niż rakieta Elon Musk Falcon 9.”
Inne firmy kosmiczne korzystające z druku 3D
Dzięki korzyściom z druku 3D w przestrzeni kosmicznej, nic dziwnego, że każda poważna firma kosmiczna, jak się wydaje, robi coś z produkcją części wykorzystujących technologię.
Michael Petch, piszący dla 3DPrintingIndustry.com, informuje, że prezes i dyrektor generalny Virgin Galactics, George Whitesides, poinformował go podczas wywiadu, że “celem firmy jest skrócenie czasu potrzebnego do produkcji naszych silników z wielu miesięcy do końca tygodni.” Petch wskazał, że 3D odegra głębokią rolę w realizacji tego celu.
Rocket Lab jest firmą w zakresie podróży kosmicznej opisaną przez MIT Technology Review jako “Mała firma, która uruchomiła 3D rewolucję kosmiczną”. Peter Beck założył firmę w 2006 roku.
W przeglądzie technologii MIT podano, że „sześć rakiet [Rocket Lab] z powodzeniem uruchomiono do tej pory – każdy wyposażony w dziewięć silników Rutherford tworzonych głównie z wykorzystaniem metalowego druku 3D, podobnie jak wiele innych elementów na pokładzie”.
Czy istnieje miejsce na inne metody?
Mimo, że nowe firmy kosmiczne są naprzód technologiami 3D, wygląda to na inne metody, które są stosowane od wieków nadal mają miejsce w branży.
Przykładem technologii, która była wykorzystywana od wielu lat, ale wciąż jest dziś istotna, jest wtryskiwanie tworzyw sztucznych.
Dowód na to, że metody te nadal mają przyszłość można zobaczyć w ostatnim stanowisku pracy z SpaceX wskazując, że firma zatrudnia inżynierów i techników w odpowiednich technologiach.
W reklamie stwierdza się, że owi inżynierowie i technicy „współpracują ściśle z naszymi zespołami inżynierskimi we wczesnych fazach wysokiego ciśnienia die cast development proces odlewu i uruchomienie sprzętu i napędza rozwój odlewu aluminiowego w firmie”.
Z wysiłków i inwestycji podejmowanych przez nowe firmy kosmiczne, jasne jest, że druk 3D będzie znaczącą częścią przyszłości. Dla organizacji takich jak NASA, druk 3D może rozwiązać wyzwanie wysłania części zamiennych do Międzynarodowego Stacji Kosmicznej poprzez umożliwienie niektórych z nich wyprodukowanych właśnie tam na ISS przy użyciu druku 3D.
