Avantajele imprimării 3D sunt bine documentate. Tehnologia permite crearea produselor la locația în care sunt necesare. Ajută la rezolvarea problemelor de eficiență, făcând ca 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 producătoare de rachete au folosit imprimarea 3D, cunoscută anterior sub numele de fabricație aditivă, în cea mai mare parte a ultimului deceniu, începând cu dezvoltarea de către SpaceX în 2013 a unei piese imprimate 3D a... SuperDraco motor rachetă.
Acest articol urmărește istoria utilizării imprimării 3D în noile companii spațiale. Spre sfârșitul articolului, vom analiza și o altă tehnică avansată de fabricație utilizată de aceste companii: turnarea sub presiune înaltă.
Definirea imprimării 3D
Să începem cu o reamintire 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 definește Imprimarea 3D este „un proces prin care obiectele fizice sunt create prin depunerea de materiale în straturi pe baza unui model digital”. Aceeași sursă adaugă că „tehnologia de imprimare 3D poate fi utilizată 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 utilizate la fabricarea articolelor folosind 3D:
Fabricarea filamentului topit (FFF)În principal în fabricarea produselor de larg consum, această metodă încălzește și extrudează materialul plastic în straturi care formează produsul dorit. Se mai numește și modelare prin depunere topită (FDM).
Stereolitografia (SLA): Folosește lumină UV pentru a întări sau vindeca reliefurile, strat după strat.
Sinterizarea selectivă cu laser (SLS)Fuzionează materiale sub formă de pulbere folosind lasere, strat cu strat.
De ce producătorii de echipamente spațiale apelează la imprimarea 3D
Furnizorul de software pentru fabricație aditivă, AMFG, oferă câteva informații despre impactul fabricației 3D în domeniul călătoriilor spațiale. Compania notiţe că „producătorii de nave spațiale se confruntă cu provocarea de a accelera dezvoltarea și producția de rachete, reducând în același timp costurile și crescând eficiența”.
AMFG spune că procesul tradițional de fabricație a rachetelor implică mai multe cicluri de prototipare și faze de producție, ceea ce face ca procesul să fie costisitor și consumator de timp. Aceeași sursă afirmă că procesul de fabricație 3D poate reduce timpul de fabricație a pieselor de la o perioadă tradițională de 14 săptămâni la doar câteva săptămâni, oferind producătorilor economii semnificative de timp și costuri.
Fabricația 3D asigură, de asemenea, precizia pieselor, ceea ce reprezintă o sarcină dificilă atunci când se utilizează metode tradiționale de fabricație.
Prima piesă imprimată 3D în spațiu
Elon Musk a înființat SpaceX în 2002. Misiunea sa era să reducă costul călătoriilor în spațiu, astfel încât oamenii să poată coloniza în cele din urmă Marte. Conform pentru SpaceX, acest lucru s-ar realiza 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 anunțat printr-un tweet care spunea că „Camera de rachetă SpaceX SuperDraco din inconel cu manta de răcire regenerativă iese din imprimanta 3D metalică EOS”.
Sursa de știri despre explorarea spațiului, inovație 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 SpaceX din 6 ianuarie a unei rachete Falcon 9 care transporta satelitul comercial de telecomunicații Thaicom 6 pe orbită”.
Practicitatea utilizării imprimării 3D pentru fabricarea de piese de rachetă a fost validată de faptul că supapa a funcționat conform cerințelor în condiții dificile, inclusiv la temperaturi extrem de scăzute.
SpaceX folosește, de asemenea, tehnologia de imprimare 3D pentru a produce și alte accesorii, cum ar fi căști. Conform către 3Dnatives.com, „Fiecare cască este dotată cu vizieră, valve, încuietori și microfoane.”
Blue Origin: Investiții semnificative în imprimarea 3D
Blue Origin este producătorul aerospațial înființat de fondatorul Amazon, Jeff Bezos. Compania a fost lansată în anul 2000 în Kent, Washington. „Ne-am angajat să construim un drum către spațiu, astfel încât copiii noștri să poată construi viitorul”, se arată în comunicatul companiei. declarație de misiune.
Originea albastră, de asemenea spune că își respectă declarația de misiune prin dezvoltarea de „vehicule de lansare parțial și complet reutilizabile, sigure, cu costuri reduse și care deservesc nevoile tuturor clienților civili, comerciali și de apărare”.
O parte importantă pentru a asigura că produsele de călătorie spațială ieftine și sigure ale Blue Origin devin norma este tehnologia de imprimare 3D. 3DPrintingIndustry.com îl citează pe președintele Blue Origin, Rob Meyerson, care spune că firma sa „a făcut o investiție semnificativă în imprimarea 3D”. El adaugă: „Suntem cu toții de acord cu adoptarea noilor tehnologii și cu valorificarea la maximum a posibilităților”.
3DPrintingIndustry.com, de asemenea Rapoarte 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 piesă a cărei realizare a durat trei luni folosind imprimarea 3D. Aceeași piesă necesită peste 12 luni folosind metodele tradiționale de turnare.
Motorul imprimat 3D care a dus prima femeie pe suprafața Lunii
În decembrie 2020, 3Dprint.com a relatat că „Blue Origin a creat un modul de aselenizare 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 aselenizare a fost fabricat folosind tehnologia 3D. Acest lucru este confirmat de Bezos, care spune„BE-7 este un motor de aselenizare de înaltă performanță, fabricat aditiv, pe bază de hidrogen lichid/oxigen lichid, cu o putere de tracțiune de 10,000 lbf – cu o reglare profundă a puterii până la 2,000 lbf pentru o aterizare precisă pe Lună.”
Dar asta nu e tot. Bezos a folosit un Videoclip Instagram să anunțe 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 astronaut.”
Funk poate că nu a aterizat pe suprafața Lunii, dar în cele din urmă avea să aibă 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 a fost Blue Origin. numit „primul său zbor uman”.
Lansarea pe orbită a unei rachete complet imprimate 3D
Relativity Space este o companie spațială înființată în 2015. Compania a indicat scop să fie „prima companie spațială care a lansat cu succes pe orbită o rachetă complet imprimată 3D”.
Dar ce înseamnă în realitate „rachetă complet imprimată 3D”? Denrie Perez, care scrie pentru Engineering.com, are răspunde„De la motoare la fuselaj, Relativity automatizează aproape întregul proces de fabricație.”
Perez adaugă că imprimarea 3D a permis companiei Relativity să își modifice rapid designurile. Ea observă că, pentru a depăși concurenți precum SpaceX, compania vinde personalizare. „Utilizarea imprimării 3D ar permite companiei să modifice în mod repetat capsulele pentru a se potrivi oricărui tip de satelit”, scrie ea.
Forbes.com îl citează pe directorul executiv al Relativity, Tim Ellis, care spune că „cu imprimarea 3D, putem fabrica rachete mai rapide, cu o fabrică mai mică, mai suplu și cu mai puține procese.”
Pe 8 iunie 2021, Alex Knapp de la Forbes.com raportate că Relativity a strâns 650 de milioane de dolari într-o rundă de finanțare de tip Seria E. El relatează că „capitalul este orientat spre accelerarea dezvoltării rachetei Terran R a companiei, care va fi complet imprimată 3D și capabilă să lanseze sarcini utile mai mari decât racheta Falcon 9 a lui Elon Musk”.
Alte companii spațiale care utilizează imprimarea 3D
Având în vedere beneficiile imprimării 3D în domeniul spațial, nu este surprinzător faptul că fiecare companie spațială serioasă pare să facă ceva în ceea ce privește fabricarea de piese folosind această tehnologie.
Michael Petch, care scrie pentru 3DPrintingIndustry.com, relatează că președintele și directorul executiv al Virgin Galactic, George Whitesides, a... informat într-un interviu, i-a spus că „obiectivul companiei este de a reduce timpul necesar pentru producerea motoarelor noastre de la mai multe luni la, eventual, săptămâni”. Petch a indicat că tehnologia 3D va juca un rol important în atingerea acestui obiectiv.
Rocket Lab este o companie de călătorii spațiale descris de către MIT Technology Review drept „Mica firmă care a lansat revoluția spațială printată 3D”. Peter Beck a înființat compania în 2006.
Revizuirea tehnologiei MIT Rapoarte că „Șase dintre rachetele [Rocket Lab] au fost lansate cu succes până acum - fiecare echipată cu nouă motoare Rutherford create în principal folosind imprimarea 3D din metal, la fel ca o serie de alte elemente de la bord.”
Există loc pentru alte metode?
Chiar dacă noile companii spațiale avansează cu tehnologiile 3D, se pare că alte metode care au fost folosite de mult timp încă mai au loc în industrie.
Un exemplu de tehnologie care a fost utilizată timp de mulți ani, dar este încă relevantă astăzi, este turnare prin injecție a plasticului.
Dovada că aceste metode au încă un viitor poate fi văzută într-un anunț recent de angajare al SpaceX, care indică faptul că firma angajează ingineri și tehnicieni versați în tehnologiile relevante.
Anunțul Statele că acești ingineri și tehnicieni „vor lucra îndeaproape cu echipele noastre de inginerie în fazele incipiente ale dezvoltării procesului de turnare sub presiune de înaltă presiune și ale punerii în funcțiune a echipamentelor și vor conduce dezvoltarea turnare sub presiune de aluminiu la companie.”
Din eforturile și investițiile depuse 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 trimiterii de piese de schimb către Stația Spațială Internațională, făcând posibilă fabricarea unora dintre acestea chiar pe ISS folosind imprimarea 3D.
