Uma história do uso e impacto da impressão 3D em novas empresas espaciais

As vantagens da impressão 3D estão bem documentadas. A tecnologia permite que os produtos sejam criados no local onde são necessários. Ajuda a lidar com problemas de eficiência, fazendo com que as cadeias de suprimentos avancem sem problemas. Isso pode ter um impacto enorme na redução dos recursos e do tempo necessários para fabricar produtos.

As empresas de foguetes usaram a impressão 3D, formalmente conhecida como manufatura aditiva, durante a maior parte da última década, começando com o desenvolvimento da SpaceX em 2013 de uma parte impressa em 3D do SuperDraco motor de foguete.

Este artigo acompanha a história do uso da impressão 3D em novas empresas espaciais. No final do artigo, também veremos outra técnica avançada de fabricação usada por essas empresas: a fundição sob pressão de alta pressão.

Definindo impressão 3D

Vamos começar com um lembrete do que envolve a tecnologia de impressão 3D. Não há lugar melhor para procurar a definição de impressão 3D do que nos mestres da impressão 3D, a Autodesk.

Autodesk define Impressão 3D como “um processo pelo qual objetos físicos são criados depositando materiais em camadas com base em um modelo digital”. A mesma fonte acrescenta que “a tecnologia de impressão 3D pode ser usada para criar tudo, desde protótipos e peças simples até produtos finais altamente técnicos, como peças de aviões…, edifícios ecológicos, implantes médicos que salvam vidas e até órgãos artificiais usando camadas de células humanas. .”

Autodesk identifica três métodos primários empregado ao fabricar itens usando 3D:

Fabricação de filamentos fundidos (FFF): Principalmente na fabricação de produtos de consumo, este método aquece e extrude o material plástico em camadas que formam o produto desejado. Também é chamado de modelagem de deposição fundida (FDM).

Estereolitografia (SLA): Usa luz ultravioleta para endurecer ou curar elevações, uma camada após a outra.

Sinterização seletiva a laser (SLS): funde materiais em pó usando lasers, camada por camada.

Por que os fabricantes espaciais estão se voltando para a impressão 3D

O fornecedor de software de fabricação aditiva, AMFG, fornece algumas informações sobre o impacto da fabricação 3D no campo de viagens espaciais. A empresa notas que os “fabricantes de espaçonaves enfrentam o desafio de acelerar o desenvolvimento e a produção de foguetes, ao mesmo tempo em que reduzem custos e aumentam a eficiência”.

AMFG diz que o processo tradicional de fabricação de foguetes envolve vários ciclos de prototipagem e fases de produção, tornando o processo caro e demorado. A mesma fonte diz que o processo de fabricação 3D pode reduzir o tempo de fabricação das peças de um período tradicional de 14 semanas para apenas algumas semanas, proporcionando aos fabricantes economias significativas de tempo e custos.

A fabricação 3D também garante a precisão das peças, o que é uma tarefa desafiadora ao usar métodos de fabricação tradicionais.

A primeira peça impressa em 3D no espaço

Elon Musk fundou a SpaceX em 2002. Sua missão era reduzir o custo de viajar para o espaço para que os humanos pudessem eventualmente colonizar Marte. De acordo com para a SpaceX, isso seria alcançado por meio do uso de “veículos de lançamento totalmente reutilizáveis que serão os mais poderosos já construídos, capazes de transportar humanos a Marte e outros destinos no sistema solar”.

Em 5 de setembro de 2013, Musk anunciado através de um tweet que “a câmara de foguete SpaceX SuperDraco inconel com jaqueta de resfriamento de regeneração emerge da impressora de metal EOS 3D”.

A fonte de notícias sobre exploração espacial, inovação e astronomia, Space.com relatórios que “a SpaceX enviou sua primeira peça impressa em 3D para o espaço no início deste ano [2014]”. A mesma fonte acrescenta que “a peça, uma válvula oxidante principal do motor de foguete, voou a bordo do lançamento da SpaceX em 6 de janeiro de um foguete Falcon 9 que transportava o satélite comercial de telecomunicações Thaicom 6 para a órbita”.

A praticidade de usar impressão 3D para fazer peças de foguetes foi validada pelo fato de que a válvula funcionou conforme necessário em condições extenuantes, inclusive sob temperaturas extremamente baixas.

A SpaceX também está usando a tecnologia de impressão 3D para produzir outros acessórios, como capacetes. De acordo com para 3Dnatives.com, “Cada capacete possui uma viseira, válvulas, travas e microfones”.

Blue Origin: Fazendo investimentos significativos em impressão 3D 

A Blue Origin é a fabricante aeroespacial criada pelo fundador da Amazon, Jeff Bezos. A empresa foi lançada em 2000 em Kent, Washington. “Estamos empenhados em construir uma estrada para o espaço para que nossos filhos possam construir o futuro”, diz o comunicado da empresa. declaração de missão.

Azul Origem também diz que está cumprindo sua declaração de missão desenvolvendo “veículos de lançamento parcial e totalmente reutilizáveis que são seguros, de baixo custo e atendem às necessidades de todos os clientes civis, comerciais e de defesa”.

Uma parte importante para garantir que os produtos de viagens espaciais seguros e de baixo custo da Blue Origin se tornem a norma é a tecnologia de impressão 3D. 3DPrintingIndustry.com cita o presidente da Blue Origin, Rob Meyerson, que diz que sua empresa “fez um investimento significativo em impressão 3D”. Ele acrescenta: “Estamos empenhados em adotar novas tecnologias e aproveitar ao máximo as possibilidades”.

3DPrintingIndustry.com também relatórios que Meyerson ilustrou, em uma apresentação, os benefícios de economia de tempo e custos introduzidos pela impressão 3D em comparação com os métodos tradicionais de fundição. Na apresentação, Meyerson mostra uma peça que levou três meses para ser feita usando impressão 3D. A mesma peça leva mais de 12 meses usando métodos tradicionais de fundição.

O motor impresso em 3D levando a primeira mulher à superfície da lua

Em dezembro de 2020, o 3Dprint.com informou que “a Blue Origin criou um módulo de pouso de três estágios que pode levar a primeira mulher e o próximo homem à superfície da Lua até 2024”.

A parte emocionante é que o motor BE-7 que alimenta o sistema de pouso lunar foi fabricado usando tecnologia 3D. Isso é confirmado por Bezos, que diz, “O BE-7 é um motor de pouso lunar de hidrogênio líquido / oxigênio líquido de alto desempenho, fabricado aditivamente, com 10.000 lbf de empuxo - aceleração profunda até 2.000 lbf para um pouso preciso na Lua.”

Mas isso não é tudo. Bezos usou um vídeo do instagram para anunciar que “Este é o motor que levará a primeira mulher à superfície da Lua”. Segundo o Washington Post, essa mulher era Wally Funk, que perdeu a chance de ir ao espaço em 1961 Porque “A NASA não tinha nenhum programa para mulheres astronautas.”

Funk pode não ter pousado na superfície da Lua, mas ela teria a chance de viajar para o espaço em 20 de julho de 2021. Ela tinha 82 anos. Funk foi um dos três passageiros que viajaram com Bezos no que Blue Origin apelidado seu “primeiro vôo humano”.

Lançando um foguete totalmente impresso em 3D em órbita

A Relativity Space é uma empresa espacial criada em 2015. A empresa indicou sua meta ser “a primeira empresa espacial a lançar com sucesso um foguete totalmente impresso em 3D em órbita”.

Mas o que significa “foguete totalmente impresso em 3D” na realidade? Denrie Perez, que escreve para Engineering.com, tem o responda: “Dos motores à fuselagem, a Relativity está automatizando quase todo o processo de fabricação.”

Pérez acrescenta que a impressão 3D permitiu à Relativity a capacidade de modificar seus designs rapidamente. Ela observa que, para vencer concorrentes como a SpaceX, a empresa está vendendo customização. “O uso da impressão 3D permitiria à empresa modificar repetidamente as cápsulas para caber em qualquer tipo de satélite”, escreve ela.

Forbes.com cita o CEO da Relativity, Tim Ellis, que diz que “com a impressão 3-D, podemos fazer foguetes mais rapidamente, com uma fábrica menor e mais enxuta e menos processos”.

Em 8 de junho de 2021, Alex Knapp da Forbes.com relatado que a Relativity levantou $650 milhões em uma rodada de risco da Série E. Ele relata que o “capital é voltado para acelerar o desenvolvimento do foguete Terran R da empresa, que será totalmente impresso em 3D e capaz de lançar cargas maiores do que o foguete Falcon 9 de Elon Musk”.

Outras empresas espaciais usando impressão 3D

Com os benefícios da impressão 3D no campo espacial, não é de surpreender que todas as empresas espaciais sérias pareçam estar fazendo algo para fabricar peças usando a tecnologia.

Michael Petch, escrevendo para 3DPrintingIndustry.com, relata que o presidente e CEO da Virgin Galactic, George Whitesides, teve informado disse a ele durante uma entrevista que o “objetivo da empresa é reduzir o tempo necessário para produzir nossos motores de muitos meses para eventualmente semanas”. Petch indicou que o 3D desempenharia um papel importante para atingir esse objetivo.

Rocket Lab é uma empresa de viagens espaciais descrito pela MIT Technology Review como “A pequena empresa que lançou a revolução espacial impressa em 3D”. Peter Beck fundou a empresa em 2006.

A revisão de tecnologia do MIT relatórios que “seis dos foguetes [Rocket Lab] foram lançados com sucesso até agora - cada um equipado com nove motores Rutherford criados principalmente usando impressão 3D de metal, assim como vários outros elementos a bordo”.

Há espaço para outros métodos?

Embora novas empresas espaciais estejam avançando com tecnologias 3D, parece que outros métodos que têm sido usados há muito tempo ainda têm espaço na indústria.

Um exemplo de uma tecnologia que tem sido usada por muitos anos, mas ainda é relevante hoje é moldagem por injeção de plástico.

A prova de que esses métodos ainda têm futuro pode ser vista em um recente anúncio de emprego da SpaceX, indicando que a empresa está contratando engenheiros e técnicos versados em tecnologias relevantes.

o anúncio estados que esses engenheiros e técnicos "trabalharão em estreita colaboração com nossas equipes de engenharia nas fases iniciais do desenvolvimento do processo de fundição sob pressão de alta pressão e comissionamento de equipamentos e conduzirão o desenvolvimento de fundição de alumínio na empresa."

A partir dos esforços e investimentos feitos por novas empresas espaciais, fica claro que a impressão 3D será uma parte significativa do futuro. Para organizações como NASA, a impressão 3D pode resolver o desafio de enviar peças de reposição para a Estação Espacial Internacional ao permitir que algumas delas sejam fabricadas ali mesmo na ISS usando a impressão 3D.