O istorie a utilizării și impactului imprimării 3D în noile companii spațiale

Avantajele imprimării 3D sunt bine documentate. Tehnologia permite crearea produselor în locația în care sunt necesare. Ajută la rezolvarea problemelor de eficiență, făcând lanțurile de aprovizionare să avanseze fără probleme. Acest lucru poate avea un impact masiv în reducerea resurselor și a timpului necesar pentru fabricarea produselor.

Companiile rachete au folosit imprimarea 3D, cunoscută oficial sub numele de fabricație aditivă, în cea mai mare parte a ultimului deceniu, începând cu dezvoltarea de către SpaceX în 2013 a unei părți imprimate 3D a SuperDraco motor rachetă.

Acest articol urmărește istoria utilizării imprimării 3D în noile companii spațiale. Spre finalul articolului, ne vom uita și la o altă tehnică avansată de fabricație folosită de aceste companii: turnarea sub presiune la înaltă presiune.

Definirea imprimării 3D

Să începem cu un memento a ceea ce implică tehnologia de imprimare 3D. Nu există un loc mai bun pentru a căuta definiția imprimării 3D decât de la maeștrii imprimării 3D, Autodesk.

Autodesk defineste Imprimarea 3D ca „un proces prin care obiectele fizice sunt create prin depunerea materialelor în straturi pe baza unui model digital”. Aceeași sursă adaugă că „Tehnologia de imprimare 3D poate fi folosită pentru a crea orice, de la prototipuri și piese simple până la produse finale extrem de tehnice, cum ar fi piese de avion..., clădiri ecologice, implanturi medicale care salvează vieți și chiar organe artificiale folosind straturi de celule umane. .”

Autodesk identifică trei metode primare folosit la fabricarea articolelor folosind 3D:

Fabricarea filamentului fuzionat (FFF): În principal în fabricarea produselor de larg consum, această metodă încălzește și extrude materialul plastic în straturi care formează produsul necesar. Se mai numește și modelare prin depunere fuzionată (FDM).

Stereolitografia (SLA): Folosește lumina UV pentru a întări sau a întări creșterea, un strat după altul.

Sinterizarea selectivă cu laser (SLS): Fuzioneaza materialele pulverulente folosind lasere, strat cu strat.

De ce producătorii spațiali apelează la imprimarea 3D

Furnizorul de software de fabricație aditivă, AMFG, oferă câteva perspective asupra impactului producției 3D în domeniul călătoriilor spațiale. Compania note că „producătorii de nave spațiale se confruntă cu provocarea de a accelera dezvoltarea și producția de rachete, reducând în același timp costurile și sporind eficiența”.

AMFG spune că procesul tradițional de fabricare a rachetei implică mai multe cicluri de prototipare și faze de producție, făcând procesul costisitor și consumator de timp. Aceeași sursă spune că procesul de fabricație 3D poate reduce timpul de fabricație al pieselor de la o perioadă tradițională de 14 săptămâni la doar câteva săptămâni, oferind producătorilor economii semnificative de timp și costuri.

Fabricarea 3D asigură, de asemenea, precizia pieselor, care este o sarcină dificilă atunci când se utilizează metode tradiționale de fabricație.

Prima parte imprimată 3D în spațiu

Elon Musk a înființat SpaceX în 2002. Misiunea sa a fost să reducă costul călătoriei în spațiu, astfel încât oamenii să poată coloniza în cele din urmă Marte. In conformitate pentru SpaceX, acest lucru ar fi realizat prin utilizarea „vehiculelor de lansare complet reutilizabile, care vor fi cele mai puternice construite vreodată, capabile să transporte oameni pe Marte și alte destinații din sistemul solar”.

Pe 5 septembrie 2013, Musk a anunţat printr-un tweet că „Camera de rachetă SpaceX SuperDraco cu jachetă de răcire regen iese din imprimanta metalică EOS 3D”.

Sursa de știri despre explorarea spațiului, inovația și astronomie, Space.com rapoarte că „SpaceX a trimis prima sa piesă imprimată 3D în spațiu la începutul acestui an [2014]”. Aceeași sursă adaugă că „Piesa, o supapă principală de oxidare a motorului rachetei, a zburat la bordul lansării pe 6 ianuarie de către SpaceX a unei rachete Falcon 9 care transporta satelitul comercial de telecomunicații Thaicom 6 pe orbită”.

Practicitatea utilizării imprimării 3D pentru a face piese de rachetă a fost validată de faptul că supapa a funcționat conform cerințelor în condiții grele, inclusiv la temperaturi extrem de scăzute.

SpaceX folosește, de asemenea, tehnologia de imprimare 3D pentru a produce alte accesorii, cum ar fi căștile. In conformitate la 3Dnatives.com, „Fiecare cască are o vizor, supape, încuietori și microfoane.”

Blue Origin: realizarea de investiții semnificative în imprimarea 3D 

Blue Origin este producătorul aerospațial înființat de fondatorul Amazon, Jeff Bezos. Compania a fost lansată în 2000 în Kent, Washington. „Ne angajăm să construim un drum către spațiu, astfel încât copiii noștri să poată construi viitorul”, se arată în comunicatul companiei. declarație de misiune.

De asemenea, Blue Origin spune că își îndeplinește misiunea prin dezvoltarea „vehicule de lansare parțial și complet reutilizabile, care sunt sigure, cu costuri reduse și care servesc nevoilor tuturor clienților civili, comerciali și de apărare”.

O parte importantă a asigurării faptului că produsele de călătorie în spațiu Blue Origin, ieftine și sigure, devin norma este tehnologia de imprimare 3D. 3DPrintingIndustry.com îl citează pe președintele Blue Origin, Rob Meyerson, care spune că compania sa „a făcut o investiție semnificativă în imprimarea 3D”. El adaugă: „Suntem cu toții să adoptăm noi tehnologii și să profităm din plin de posibilități.”

3DPrintingIndustry.com, de asemenea rapoarte că Meyerson a ilustrat, într-o prezentare, beneficiile de economisire a timpului și a costurilor introduse de imprimarea 3D în comparație cu metodele tradiționale de turnare. În prezentare, Meyerson prezintă o parte care a durat trei luni să fie realizată folosind imprimarea 3D. Aceeași piesă durează peste 12 luni folosind metode tradiționale de turnare.

Motorul imprimat 3D care duce prima femeie la suprafața Lunii

În decembrie 2020, 3Dprint.com a raportat că „Blue Origin a creat un aterizare în trei etape care ar putea duce prima femeie și următorul bărbat la suprafața Lunii până în 2024”.

Partea interesantă este că motorul BE-7 care alimentează sistemul de aterizare lunară a fost fabricat folosind tehnologia 3D. Acest lucru este confirmat de Bezos, care spune, „BE-7 este un motor de aterizare lunară cu hidrogen lichid/oxigen lichid de înaltă performanță, fabricat aditiv, cu o forță de 10.000 lbf – accelerare adâncă până la 2.000 lbf pentru o aterizare precisă pe Lună.”

Dar asta nu este tot. Bezos a folosit un Video Instagram pentru a anunța că „Acesta este motorul care va duce prima femeie la suprafața Lunii”. Potrivit Washington Post, acea femeie era Wally Funk, care și-a pierdut șansa de a merge în spațiu în 1961. deoarece „NASA nu avea niciun program pentru femeile astronauțe.”

Poate că Funk nu a aterizat pe suprafața Lunii, dar în cele din urmă ar avea șansa de a călători în spațiu pe 20 iulie 2021. Avea 82 de ani. Funk a fost unul dintre cei trei pasageri care au călătorit cu Bezos în ceea ce Blue Origin dublat „primul său zbor uman”.

Lansarea unei rachete complet imprimate 3D pe orbită

Relativity Space este o companie spațială înființată în 2015. Compania și-a indicat poartă să fie „prima companie spațială care a lansat cu succes o rachetă complet imprimată 3D pe orbită”.

Dar ce înseamnă „rachetă complet imprimată 3D” în realitate. Denrie Perez, care scrie pentru Engineering.com, are Răspuns: „De la motoare la fuselaj, Relativity automatizează aproape întregul proces de fabricație.”

Perez adaugă că imprimarea 3D a permis Relativității să-și modifice rapid design-urile. Ea notează că pentru a învinge concurenți precum SpaceX, compania vinde personalizare. „Utilizarea imprimării 3D ar permite companiei să modifice în mod repetat capsulele pentru a se potrivi cu orice tip de satelit”, scrie ea.

Forbes.com îl citează pe CEO-ul Relativity, Tim Ellis, care spune că „cu imprimarea 3-D, suntem capabili să facem rachete mai rapid, cu o fabrică mai mică, mai slabă și mai puține procese.”

Pe 8 iunie 2021, Alex Knapp de la Forbes.com raportat că Relativity a strâns $650 milioane într-o rundă de risc din seria E. El raportează că „capitala este orientată spre accelerarea dezvoltării rachetei Terran R a companiei, care va fi complet imprimată 3D și va putea lansa încărcături mai mari decât racheta Falcon 9 a lui Elon Musk”.

Alte companii spațiale care folosesc imprimarea 3D

Având în vedere beneficiile imprimării 3D în domeniul spațial, nu este surprinzător că fiecare companie spațială serioasă pare să facă ceva în legătură cu fabricarea pieselor folosind tehnologia.

Michael Petch, scriind pentru 3DPrintingIndustry.com, raportează că președintele și CEO-ul Virgin Galactic, George Whitesides, a avut informat el în timpul unui interviu că „obiectivul companiei este de a reduce timpul necesar pentru a produce motoarele noastre de la mai multe luni până la câteva săptămâni”. Petch a indicat că 3D ar juca un rol profund în atingerea acestui obiectiv.

Rocket Lab este o companie de călătorii în spațiu descris de MIT Technology Review ca „Mica firmă care a lansat revoluția spațială imprimată 3D”. Peter Beck a înființat compania în 2006.

Analiza tehnologiei MIT rapoarte că „Șase dintre rachetele [Rocket Lab] s-au lansat cu succes până acum – fiecare echipată cu nouă motoare Rutherford care sunt create în principal folosind imprimarea 3D din metal, la fel ca și o serie de alte elemente de la bord.”

Există spațiu pentru alte metode?

Chiar dacă noi companii spațiale merg înainte cu tehnologiile 3D, se pare că alte metode care au fost folosite de secole mai au loc în industrie.

Un exemplu de tehnologie care a fost folosită de mulți ani, dar este încă relevantă astăzi este turnare prin injecție de plastic.

Dovada că aceste metode au încă un viitor poate fi văzută într-un post recent de la SpaceX, care indică faptul că compania angajează ingineri și tehnicieni versați în tehnologiile relevante.

Anunțul state că acești ingineri și tehnicieni vor „colabora îndeaproape cu echipele noastre de ingineri în fazele incipiente ale dezvoltării procesului de turnare sub presiune și punerea în funcțiune a echipamentelor și vor conduce dezvoltarea turnare sub presiune de aluminiu la companie.”

Din eforturile și investițiile făcute de noile companii spațiale, este clar că imprimarea 3D va fi o parte semnificativă a viitorului. Pentru organizații precum NASA, imprimarea 3D poate rezolva provocarea de a trimite piese de schimb către Stația Spațială Internațională, făcând posibil ca unele dintre ele să fie fabricate chiar acolo pe ISS folosind imprimarea 3D.