Преимущества 3D-печати хорошо известны. Эта технология позволяет изготавливать изделия непосредственно там, где они нужны. Она помогает решать проблемы эффективности и обеспечивает бесперебойную работу цепочек поставок. Это может значительно сократить количество ресурсов и время, необходимые для производства изделий.
В течение большей части последнего десятилетия ракетные компании использовали 3D-печать, официально называемую аддитивным производством. Этот период начался в 2013 году, когда SpaceX разработала деталь двигателя ракеты SuperDraco с помощью 3D-печати.
В этой статье рассматривается история применения 3D-печати новыми космическими компаниями. В конце статьи мы также расскажем о другом передовом производственном методе, используемом этими компаниями: литье под высоким давлением.
Определение 3D печати
Начнем с напоминания о сути технологии 3D-печати. За определением технологии 3D-печати лучше всего обратиться к мастерам 3D-печати — компании Autodesk.
Автономная печать определяет 3D-печать как процесс, посредством которого физические объекты создаются путем складывания материалов в слоях, основанных на цифровой модели. Этот же источник добавляет, что ОВ3D-печать может использоваться для создания всего, начиная от прототипов и простых частей и заканчивая высокотехническими конечными продуктами, такими, как части самолетов…, экологически чистые здания, жизнесберегающие медицинские имплантаты и даже искусственные органы с использованием слоев человеческих клеток.
Autodesk идентифицирует три основных метода, используемых при изготовлении изделий с использованием 3D:
В основном в производстве потребительских товаров этот метод позволяет производить тепловые и пластиковые материалы из экструзов, образующие требуемый продукт.
Stereolithography (SLA): Использование ультрафиолетового света для укрепления или излечения подрастания одного слоя за другим.
Селективное лазерное спекание (SLS): взрыватели с порошком с использованием лазеров, слоя за слоями.
Почему Космические производители переходят к 3D печати
Поставщик программного обеспечения для аддитивного производства AMFG рассказывает о влиянии 3D-печати на космические путешествия. Компания отмечает, что «производители космических аппаратов сталкиваются с задачей ускорить разработку и производство ракет, одновременно сократив расходы и повысив эффективность».
По данным AMFG, традиционный процесс производства ракет включает несколько циклов прототипирования и этапов производства, что делает его дорогим и длительным. Тот же источник отмечает, что 3D-производство может сократить срок изготовления деталей с традиционных 14 недель до нескольких недель, существенно сэкономив производителям время и средства.
Производство 3D также обеспечивает точность деталей, что является сложной задачей при использовании традиционных методов производства.
Первая отпечатанная 3D часть в космосе
Elon Musk создал SpaceX в 2002 году. Его миссия состояла в том, чтобы сократить расходы на путешествия в космос, чтобы люди могли в конечном итоге колонизировать Марс. Согласно SpaceX, это было бы достигнуто за счет использования полнопригодных ракет-носителей, которые будут самыми мощными из когда-либо созданных, способными доставить людей на Марс и другие объекты Солнечной системы.
5 сентября 2013 года Musk в твите объявил, что из 3D-металлического принтера EOS появляется охладительная куртка для ракет SpaceX SuperDraco.
Space.com, источник новостей об освоении космоса, инновациях и астрономии, сообщает: «В начале этого года [2014] SpaceX отправила в космос свою первую деталь, напечатанную на 3D-принтере». Издание также добавляет: «Эта деталь — главный клапан окислителя ракетного двигателя — отправилась в полет 6 января на ракете Falcon 9 компании SpaceX, которая вывела на орбиту коммерческий телекоммуникационный спутник Thaicom 6».
Практичность использования 3D-печати для изготовления ракетных деталей подтвердилась тем, что клапан работал в требуемом режиме при высоких нагрузках, в том числе при крайне низких температурах.
SpaceX также использует технологию 3D-печати для изготовления других принадлежностей, например шлемов. По данным 3Dnatives.com, «каждый шлем оснащен визором, клапанами, замками и микрофонами».
Синий источник: значительные инвестиции в 3D типографские работы
Blue Origin — аэрокосмическая компания, основанная создателем Amazon Джеффом Безосом. Компания была запущена в 2000 году в городе Кент, штат Вашингтон. В заявлении о миссии компании говорится: «Мы стремимся проложить путь в космос, чтобы наши дети могли создавать будущее».
«Голубое происхождение» также утверждает, что она выполняет свою миссию путем разработки беспристрастных и полноприменяемых ракет-носителей, которые являются безопасными, недорогими и отвечают потребностям всех гражданских, коммерческих и оборонных клиентов.
Важной частью обеспечения того, чтобы недорогостоящие и безопасные космические продукты " Голубой Происходитель " стали нормой, является 3D типографская технология. 3DPrining Industry.com цитирует президента " Синего Происхождения " Роба Мейерсона, который говорит, что его компания вложила значительные средства в 3D печатание.
3DPrintingIndustry.com также сообщает, что Мейерсон на презентации показал, сколько времени и затрат позволяет сэкономить 3D-печать по сравнению с традиционными методами литья. В презентации Мейерсон демонстрирует деталь, на изготовление которой методом 3D-печати ушло три месяца. Традиционными методами литья на ту же деталь требуется более 12 месяцев.
3D Отпечатанный двигатель забирает первую женщину на поверхность Луны
В декабре 2020 года «3Dprint.com» сообщила, что в рамках программы «Синее происхождение» был создан трехступенчатый посадочный пункт, который может вывести первую женщину и следующего мужчину на поверхность Луны к 2024 году.
Примечательно, что двигатель BE-7 для лунного посадочного модуля был изготовлен с использованием 3D-технологии. Это подтверждает Безос: «BE-7 — высокоэффективный двигатель для посадки на Луну, работающий на жидком водороде и жидком кислороде и изготовленный методом аддитивного производства. Его тяга составляет 10,000 lbf, с глубоким дросселированием до 2,000 lbf для точной посадки на Луну».
Но это не все. Безос использовала видео Instagram, чтобы объявить, что это двигатель, который приведет первую женщину на поверхность Луны. По данным Washington Post, этой женщиной был Уолли Фанк, которая потеряла шанс побывать в космосе в 1961 году, потому что у НАСА не было программы для женщин-астронавтов.
Фанк не ступила на поверхность Луны, но позднее, 20 июля 2021 года, ей представилась возможность отправиться в космос. Ей было 82 года. Фанк была одной из трех пассажиров, которые отправились в полет с Безосом. Blue Origin назвала эту миссию «первым полетом человека».
Запуск полностью 3D-приверженной ракеты в орбиту
Компания < < Относительный космос > > — это космическая компания, учрежденная в 2015 году, которая поставила перед собой цель стать первой космической компанией, успешно выпустившей на орбиту полностью отпечатанную ракету 3D.
Но что означает на самом деле 3D-отпечатанная ракета? Денри Перез, который пишет для Engineering.com, имеет ответ: от двигателей до фюзеляжа относительность автоматизирует почти весь производственный процесс.
Перес добавляет, что 3D-печать позволила компании Relativity быстро изменять конструкции. По ее словам, чтобы конкурировать с такими компаниями, как SpaceX, компания предлагает индивидуальную настройку. «Использование 3D-печати позволит компании многократно модифицировать капсулы под любой тип спутника», — пишет она.
Forbes.com цитирует гендиректора относительности Тима Эллиса, который говорит, что с 3D-печатью мы смогли сделать ракеты быстрее, с меньшим, стройным заводом и меньшим количеством процессов.
8 июня 2021 года Алекс Кнапп из Forbes.com сообщил, что Relativity привлекла $650 million в рамках венчурного раунда Series E. Он пишет, что «эти средства предназначены для ускорения разработки ракеты Terran R, которая будет полностью напечатана на 3D-принтере и сможет выводить на орбиту более крупные полезные нагрузки, чем ракета Falcon 9 Илона Маска».
Другие космические компании, использующие 3D печать
С выгодами от 3D печати в космической области, неудивительно, что каждая серьезная космическая компания, похоже, что что-то делает с производством деталей с использованием технологии.
Майкл Петч, пишущий для 3DPrining Industry.com, сообщает, что президент и исполнительный директор Virgin Galactic Джордж Уайтсайдс сообщил ему во время интервью, что цель компании заключается в сокращении времени, которое требуется для производства наших двигателей с многих месяцев до, в конечном счете, недель. Петч указал, что 3D будет играть огромную роль в достижении этой цели.
Rocket Lab — компания в сфере космических полетов, которую MIT Technology Review охарактеризовал как «небольшую компанию, положившую начало революции 3D-печати в космосе». Питер Бек основал ее в 2006 году.
В обзоре технологий МТИ сообщается, что никчемные ракеты из [Лаборатории Роккета] до сих пор успешно запущены — каждый из них оснащен девятью двигателями Рутерфорда, которые создаются главным образом с использованием металлических 3D-печатей, равно как и ряд других элементов на борту.
Есть ли место для других методов?
Несмотря на то, что новые космические компании продвигаются вперед с 3D-технологиями, похоже, что другие методы, которые использовались на протяжении веков, по-прежнему имеют место в промышленности.
Пластиковое литьё под давлением — пример технологии, которая используется уже много лет, но по-прежнему остаётся актуальной.
Доказательство того, что эти методы по-прежнему имеют будущее, можно увидеть на недавнем рабочем месте из SpaceX, где указывается, что компания нанимает инженеров и техников, обладающих знаниями в области соответствующих технологий.
В рекламе говорится, что эти инженеры и технические работники будут работать в тесном контакте с нашими инженерными группами на ранних этапах разработки и ввода в эксплуатацию оборудования и разработки алюминиевого литья в компании.
Деятельность и инвестиции новых космических компаний показывают, что 3D-печать станет важной частью будущего. Для таких организаций, как NASA, 3D-печать может решить проблему доставки запасных частей на Международную космическую станцию: некоторые детали можно будет изготавливать непосредственно на МКС с помощью 3D-печати.
