História používania a vplyvu 3D tlače v nových vesmírnych spoločnostiach

Výhody 3D tlače sú dobre zdokumentované. Technológia umožňuje vytvárať produkty na mieste, kde sú potrebné. Pomáha riešiť problémy s efektivitou, vďaka čomu sa dodávateľské reťazce posúvajú hladko vpred. To môže mať obrovský vplyv na zníženie zdrojov a času potrebného na výrobu produktov.

Raketové spoločnosti používali 3D tlač, formálne známu ako aditívna výroba, počas väčšej časti posledného desaťročia, počnúc vývojom 3D tlačenej časti spoločnosti SpaceX v roku 2013. SuperDraco raketový motor.

Tento článok sleduje históriu používania 3D tlače v nových vesmírnych spoločnostiach. Ku koncu článku sa pozrieme aj na ďalšiu pokročilú výrobnú techniku, ktorú tieto spoločnosti používajú: liatie pod vysokým tlakom.

Definícia 3D tlače

Začnime pripomienkou toho, čo zahŕňa technológia 3D tlače. Nie je lepšie miesto na hľadanie definície 3D tlače ako od majstrov 3D tlače, Autodesku.

Autodesk definuje 3D tlač ako „proces, pri ktorom sa vytvárajú fyzické objekty ukladaním materiálov vo vrstvách na základe digitálneho modelu“. Ten istý zdroj dodáva, že „technológiu 3D tlače možno použiť na vytvorenie všetkého od prototypov a jednoduchých dielov až po vysoko technické finálne produkty, ako sú diely lietadiel..., ekologické budovy, život zachraňujúce lekárske implantáty a dokonca aj umelé orgány využívajúce vrstvy ľudských buniek. .“

Autodesk identifikuje tri primárne metódy používané pri výrobe predmetov pomocou 3D:

Výroba taveného vlákna (FFF): Predovšetkým pri výrobe spotrebných produktov táto metóda ohrieva a vytláča plastový materiál vo vrstvách, ktoré tvoria požadovaný produkt. Nazýva sa to aj modelovanie fúzovanej depozície (FDM).

Stereolitografia (SLA): Používa UV svetlo na vytvrdzovanie alebo vytvrdzovanie výrastkov, jednu vrstvu po druhej.

Selektívne laserové spekanie (SLS): Taví práškové materiály pomocou laserov, vrstvu po vrstve.

Prečo sa vesmírni výrobcovia obracajú na 3D tlač

Poskytovateľ softvéru na aditívnu výrobu, AMFG, poskytuje niekoľko pohľadov na vplyv 3D výroby v oblasti vesmírneho cestovania. Spoločnosť poznámky že „výrobcovia kozmických lodí čelia výzve urýchliť vývoj a výrobu rakiet a zároveň znížiť náklady a zvýšiť efektivitu“.

AMFG hovorí že tradičný proces výroby rakiet zahŕňa niekoľko prototypových cyklov a fáz výroby, čím je proces drahý a časovo náročný. Rovnaký zdroj hovorí, že 3D výrobný proces môže skrátiť čas výroby dielov z tradičného 14-týždňového obdobia len na niekoľko týždňov, čo výrobcom výrazne ušetrí čas a náklady.

3D výroba tiež zabezpečuje presnosť dielov, čo je náročná úloha pri použití tradičných výrobných metód.

Prvá 3D tlačená časť vo vesmíre

Elon Musk založil SpaceX v roku 2002. Jeho úlohou bolo znížiť náklady na cestovanie do vesmíru, aby ľudia mohli nakoniec kolonizovať Mars. Podľa pre SpaceX by sa to dosiahlo použitím „plne opakovane použiteľných nosných rakiet, ktoré budú najvýkonnejšie, aké kedy boli vyrobené, schopné dopraviť ľudí na Mars a iné destinácie v slnečnej sústave“.

5. septembra 2013 Musk oznámil prostredníctvom tweetu, že „SpaceX SuperDraco inconel raketová komora s regenovým chladiacim plášťom vychádza z 3D kovovej tlačiarne EOS.“

Zdroj správ o prieskume vesmíru, inováciách a astronómii, Space.com správy že "SpaceX poslal svoju prvú 3D vytlačenú časť do vesmíru začiatkom tohto roka [2014]." Ten istý zdroj dodáva, že „Časť, hlavný oxidačný ventil raketového motora, letel 6. januára na palube rakety Falcon 9 nesúcej komerčný telekomunikačný satelit Thaicom 6 na obežnú dráhu SpaceX.“

Praktickosť použitia 3D tlače na výrobu častí rakiet bola potvrdená skutočnosťou, že ventil fungoval tak, ako sa vyžaduje v namáhavých podmienkach, vrátane extrémne nízkych teplôt.

SpaceX využíva technológiu 3D tlače aj na výrobu ďalších doplnkov, ako sú prilby. Podľa pre 3Dnatives.com: „Každá prilba má priezor, ventily, zámky a mikrofóny.“

Blue Origin: Značné investície do 3D tlače 

Blue Origin je letecký výrobca založený zakladateľom Amazonu Jeffom Bezosom. Spoločnosť bola založená v roku 2000 v Kente, Washington. „Zaviazali sme sa vybudovať cestu do vesmíru, aby naše deti mohli budovať budúcnosť,“ píše sa v správe spoločnosti poslanie.

Blue Origin tiež hovorí že plní svoje poslanie tým, že vyvíja „čiastočne a plne opätovne použiteľné nosné rakety, ktoré sú bezpečné, lacné a slúžia potrebám všetkých civilných, komerčných a obranných zákazníkov“.

Dôležitou súčasťou zabezpečenia toho, aby sa nízkonákladové a bezpečné produkty spoločnosti Blue Origin na cestovanie do vesmíru stali štandardom, je technológia 3D tlače. 3DPrintingIndustry.com cituje prezidenta Blue Origin, Roba Meyersona, ktorý hovorí že jeho spoločnosť „významne investovala do 3D tlače“. Dodáva: "Všetci sa snažíme osvojiť si nové technológie a naplno využiť možnosti."

3DPrintingIndustry.com tiež správy že Meyerson v prezentácii ilustroval výhody úspory času a nákladov, ktoré prináša 3D tlač v porovnaní s tradičnými metódami odlievania. V prezentácii Meyerson predstavuje časť, ktorej výroba pomocou 3D tlače trvala tri mesiace. Rovnaká časť trvá viac ako 12 mesiacov pomocou tradičných metód odlievania.

3D tlačený motor, ktorý vezme prvú ženu na povrch Mesiaca

V decembri 2020 portál 3Dprint.com uviedol, že „Blue Origin vytvoril trojstupňový pristávací modul, ktorý by mohol do roku 2024 vyniesť prvú ženu a ďalšieho muža na povrch Mesiaca“.

Vzrušujúce je, že motor BE-7 poháňajúci systém lunárneho pristávacieho modulu bol vyrobený pomocou 3D technológie. Potvrdzuje to Bezos, ktorý hovorí„BE-7 je vysokovýkonný, aditívne vyrobený lunárny pristávací motor na kvapalný vodík/kvapalný kyslík s ťahom 10 000 lbf – hlbokým škrtením až do 2 000 lbf pre presné pristátie na Mesiaci.“

To však nie je všetko. Bezos použil an Instagram video oznámiť, že "Toto je motor, ktorý vezme prvú ženu na povrch Mesiaca." Podľa Washington Post tou ženou bola Wally Funk, ktorá v roku 1961 stratila šancu dostať sa do vesmíru. pretože "NASA nemala žiadny program pre astronautky."

Funk možno nepristála na povrchu Mesiaca, no nakoniec by dostala šancu cestovať do vesmíru 20. júla 2021. Mala 82 rokov. Funk bol jedným z troch cestujúcich, ktorí cestovali s Bezosom v tom, čo Blue Origin dabovaný jeho „prvý ľudský let“.

Vypustenie plne 3D tlačenej rakety na obežnú dráhu

Relativity Space je vesmírna spoločnosť založená v roku 2015. Spoločnosť to uviedla cieľ byť „prvou vesmírnou spoločnosťou, ktorá úspešne vypustila na obežnú dráhu plne 3D vytlačenú raketu“.

Čo však v skutočnosti znamená „plne 3D vytlačená raketa“. Denrie Perez, ktorý píše pre Engineering.com, má odpoveď: „Od motorov až po trup Relativity automatizuje takmer celý výrobný proces.“

Perez dodáva že 3D tlač umožnila Relativity rýchlo upravovať svoje návrhy. Poznamenáva, že s cieľom poraziť konkurentov, ako je SpaceX, spoločnosť predáva prispôsobenie. „Použitie 3D tlače by umožnilo spoločnosti opakovane upravovať kapsuly tak, aby vyhovovali akémukoľvek druhu satelitu,“ píše.

Forbes.com cituje generálneho riaditeľa Relativity Tima Ellisa, ktorý hovorí že „s 3-D tlačou sme schopní vyrábať rakety rýchlejšie, s menšou, štíhlejšou továrňou a menším počtom procesov.“

8. júna 2021 Alex Knapp z Forbes.com nahlásené že Relativity vyzbierali $650 miliónov v sérii E. Uvádza, že „hlavné mesto je zamerané na urýchlenie vývoja rakety Terran R spoločnosti, ktorá bude kompletne vytlačená 3D a schopná vypustiť väčšie užitočné zaťaženie ako raketa Falcon 9 Elona Muska“.

Ďalšie vesmírne spoločnosti využívajúce 3D tlač

S výhodami 3D tlače v oblasti vesmíru nie je prekvapujúce, že sa zdá, že každá seriózna vesmírna spoločnosť niečo robí s výrobou dielov pomocou tejto technológie.

Michael Petch, píšuci pre 3DPrintingIndustry.com, uvádza, že prezident a generálny riaditeľ Virgin Galactic, George Whitesides, informovaný Počas rozhovoru uviedol, že „cieľom spoločnosti je skrátiť čas potrebný na výrobu našich motorov z mnohých mesiacov až na týždne“. Petch naznačil, že 3D bude zohrávať významnú úlohu pri plnení tohto cieľa.

Rocket Lab je spoločnosť zaoberajúca sa vesmírnym cestovaním popísané podľa MIT Technology Review ako „malá firma, ktorá spustila revolúciu v oblasti 3D tlačeného vesmíru“. Peter Beck založil spoločnosť v roku 2006.

Prehľad technológie MIT správy že „Zatiaľ úspešne odštartovalo šesť rakiet [Rocket Lab] – každá je vybavená deviatimi motormi Rutherford, ktoré sú vytvorené primárne pomocou kovovej 3D tlače, ako aj množstvo ďalších prvkov na palube.

Existuje priestor pre iné metódy?

Aj keď nové vesmírne spoločnosti postupujú vpred s 3D technológiami, zdá sa, že iné metódy, ktoré sa používajú už veky, majú v tomto odvetví stále priestor.

Príkladom technológie, ktorá sa používa už mnoho rokov, ale je stále aktuálna aj dnes vstrekovanie plastov.

Dôkaz, že tieto metódy stále majú budúcnosť, možno vidieť v nedávnom pracovnom príspevku od SpaceX, ktorý naznačuje, že spoločnosť najíma inžinierov a technikov so znalosťou relevantných technológií.

reklama štátov že títo inžinieri a technici budú „úzko spolupracovať s našimi inžinierskymi tímami v počiatočných fázach vývoja procesu vysokotlakového liatia a spúšťania zariadení a budú riadiť vývoj tlakové liatie hliníka v spoločnosti.”

Z úsilia a investícií nových vesmírnych spoločností je jasné, že 3D tlač bude významnou súčasťou budúcnosti. Pre organizácie ako NASA3D tlač môže vyriešiť problém posielania náhradných dielov na Medzinárodnú vesmírnu stanicu tým, že niektoré z nich budú môcť byť vyrobené priamo na ISS pomocou 3D tlače.