Výhody 3D tlače sú dobre zdokumentované. Táto technológia umožňuje vyrábať výrobky priamo na mieste, kde sú potrebné. Pomáha riešiť problémy s efektívnosťou a zabezpečuje plynulý chod dodávateľských reťazcov. Môže tak výrazne znížiť množstvo zdrojov a času potrebných na výrobu výrobkov.
Raketové spoločnosti využívajú 3D tlač, formálne označovanú ako aditívna výroba, už väčšiu časť posledného desaťročia. Začalo sa to v roku 2013, keď SpaceX vyvinula diel raketového motora SuperDraco vytlačený na 3D tlačiarni.
Tento článok sleduje históriu využívania 3D tlače v nových vesmírnych spoločnostiach. V závere sa pozrieme aj na ďalšiu pokročilú výrobnú technológiu, ktorú tieto spoločnosti používajú: vysokotlakové tlakové liatie.
Definícia 3D tlače
Pripomeňme si, čo zahŕňa technológia 3D tlače. Definíciu 3D tlače možno najlepšie nájsť u odborníkov na 3D tlač, v spoločnosti Autodesk.
Autodesk definuje 3D tlač ako „proces, pri ktorom sa fyzické objekty vytvárajú ukladaním materiálu vo vrstvách podľa digitálneho modelu“. Ten istý zdroj dodáva, že „technológiu 3D tlače možno použiť na výrobu všetkého od prototypov a jednoduchých dielov až po vysoko technické konečné výrobky, napríklad súčiastky lietadiel…, ekologické budovy, život zachraňujúce zdravotnícke implantáty a dokonca aj umelé orgány vytvorené z vrstiev ľudských buniek“.
Autodesk uvádza tri hlavné metódy používané pri výrobe predmetov pomocou 3D tlače:
Tavené nanášanie filamentu (FFF): Táto metóda sa používa najmä pri výrobe spotrebných výrobkov. Plastový materiál sa zahrieva a vytláča vo vrstvách, ktoré vytvoria požadovaný výrobok. Nazýva sa aj modelovanie nanášaním taveného materiálu (FDM).
Stereolithography (SLA): Používa UV svetlo stvrdnúť alebo liečiť zvyšovanie, jedna vrstva za druhou.
Selektívne laserové spekanie (SLS): Fusses práškové materiály pomocou laserov, vrstvy po vrstve.
Prečo výrobcovia v kozmickom priemysle prechádzajú na 3D tlač
Poskytovateľ softvéru na aditívnu výrobu AMFG približuje vplyv 3D výroby na oblasť kozmických letov. Spoločnosť uvádza, že „výrobcovia kozmických lodí čelia výzve urýchliť vývoj a výrobu rakiet a zároveň znížiť náklady a zvýšiť efektívnosť“.
AMFG uvádza, že tradičný proces výroby rakiet zahŕňa niekoľko cyklov prototypovania a výrobných fáz, takže je nákladný a časovo náročný. Ten istý zdroj hovorí, že 3D výroba dokáže skrátiť výrobu dielov z tradičného obdobia 14 týždňov na niekoľko týždňov, čím výrobcom výrazne šetrí čas a náklady.
3D výroba zároveň zaručuje presnosť dielov, čo je pri tradičných výrobných metódach náročné dosiahnuť.
Prvý diel vytlačený na 3D tlačiarni vo vesmíre
Elon Musk založil spoločnosť SpaceX v roku 2002. Jeho cieľom bolo znížiť náklady na cestovanie do vesmíru, aby ľudia mohli napokon kolonizovať Mars. Podľa spoločnosti SpaceX sa to má dosiahnuť pomocou „plne opakovane použiteľných nosných rakiet, ktoré budú najvýkonnejšie, aké boli kedy postavené, a budú schopné dopraviť ľudí na Mars a na ďalšie miesta v slnečnej sústave“.
Musk 5. septembra 2013 na Twitteri oznámil: „Komora raketového motora SpaceX SuperDraco z inconelu s regeneračným chladiacim plášťom vychádza z kovovej 3D tlačiarne EOS.“
Space.com, zdroj správ o prieskume vesmíru, inováciách a astronómii, uvádza, že „SpaceX začiatkom tohto roka [2014] vyslala do vesmíru svoj prvý diel vytlačený na 3D tlačiarni“. Ten istý zdroj dodáva, že „diel, hlavný oxidačný ventil raketového motora, letel na palube štartu rakety Falcon 9 spoločnosti SpaceX 6. januára, ktorá vyniesla na obežnú dráhu komerčný telekomunikačný satelit Thaicom 6“.
Praktickosť využitia 3D tlače na výrobu raketových dielov potvrdila skutočnosť, že ventil fungoval podľa požiadaviek aj v náročných podmienkach vrátane mimoriadne nízkych teplôt.
SpaceX používa technológiu 3D tlače aj na výrobu ďalšieho príslušenstva, napríklad prilieb. Podľa 3Dnatives.com „má každá prilba priezor, ventily, zámky a mikrofóny“.
Blue Origin: významné investície do 3D tlače
Blue Origin je výrobca v leteckom a kozmickom priemysle, ktorého založil zakladateľ Amazonu Jeff Bezos. Spoločnosť vznikla v roku 2000 v meste Kent v štáte Washington. Jej poslanie znie: „Zaviazali sme sa vybudovať cestu do vesmíru, aby naše deti mohli vytvárať budúcnosť.“
Blue Origin tiež uvádza, že svoje poslanie napĺňa vývojom „čiastočne a plne opakovane použiteľných nosných rakiet, ktoré sú bezpečné, lacné a slúžia potrebám všetkých civilných, komerčných a obranných zákazníkov“.
Dôležitou súčasťou toho, aby sa bezpečné a lacné produkty spoločnosti Blue Origin určené na cestovanie do vesmíru stali bežnou záležitosťou, je technológia 3D tlače. Portál 3DPrintingIndustry.com cituje prezidenta spoločnosti Blue Origin Roba Meyersona, ktorý hovorí, že jeho spoločnosť „významne investovala do 3D tlače“. Dodáva: „Plne sa sústreďujeme na zavádzanie nových technológií a maximálne využitie ich možností.“
Portál 3DPrintingIndustry.com tiež informuje, že Meyerson vo svojej prezentácii ukázal časové a nákladové úspory, ktoré prináša 3D tlač v porovnaní s tradičnými metódami odlievania. Predstavil diel, ktorého výroba pomocou 3D tlače trvala tri mesiace. Výroba toho istého dielu tradičnými metódami odlievania trvá viac ako 12 mesiacov.
Motor vytlačený na 3D tlačiarni, ktorý dopraví prvú ženu na povrch Mesiaca
V decembri 2020 portál 3Dprint.com informoval, že „Blue Origin vytvoril trojstupňový pristávací modul, ktorý by do roku 2024 mohol dopraviť prvú ženu a ďalšieho muža na povrch Mesiaca“.
Zaujímavé je, že motor BE-7 poháňajúci systém lunárneho pristávacieho modulu bol vyrobený pomocou 3D technológie. Potvrdzuje to Bezos, ktorý hovorí: „BE-7 je vysokovýkonný motor na pristátie na Mesiaci na kvapalný vodík a kvapalný kyslík, vyrobený aditívnou technológiou, s ťahom 10,000 lbf — s hlbokou reguláciou ťahu až na 2,000 lbf na presné pristátie na Mesiaci.“
To však nie je všetko. Bezos vo videu na Instagrame oznámil: „Toto je motor, ktorý dopraví prvú ženu na povrch Mesiaca.“ Podľa denníka Washington Post išlo o Wally Funkovú, ktorá v roku 1961 prišla o možnosť letieť do vesmíru, pretože „NASA nemala program pre astronautky“.
Funková možno nepristála na povrchu Mesiaca, napokon však dostala príležitosť letieť do vesmíru 20. júla 2021. Mala 82 rokov. Bola jednou z troch pasažierov, ktorí leteli s Bezosom na palube letu, ktorý Blue Origin označila ako „prvý let človeka do vesmíru“.
Vynesenie rakety vytlačenej celou 3D tlačou na obežnú dráhu
Relativity Space je vesmírna spoločnosť založená v roku 2015. Jej deklarovaným cieľom je stať sa „prvou vesmírnou spoločnosťou, ktorá úspešne vynesie na obežnú dráhu raketu vytlačenú celou 3D tlačou“.
Čo v skutočnosti znamená „raketa vytlačená celou 3D tlačou“? Odpoveď ponúka Denrie Perez, ktorá píše pre Engineering.com: „Relativity automatizuje takmer celý výrobný proces, od motorov až po trup rakety.“
Perezová dodáva, že 3D tlač umožnila spoločnosti Relativity rýchlo upravovať návrhy. Poznamenáva, že v snahe predbehnúť konkurentov, ako je SpaceX, spoločnosť ponúka prispôsobenie výrobkov. „Použitie 3D tlače by spoločnosti umožnilo opakovane upravovať kapsuly tak, aby vyhovovali akémukoľvek typu satelitu,“ píše.
Forbes.com cituje relativitu CEO, Tim Ellis, ktorý hovorí, že s 3-D tlačou, sme schopní, aby rakety rýchlejšie, s menším, štíhlejší továrne a menej procesov.
Alex Knapp z Forbes.com 8. júna 2021 informoval, že spoločnosť Relativity získala v investičnom kole série E rizikový kapitál vo výške $650 miliónov. Uvádza, že „kapitál je určený na urýchlenie vývoja rakety Terran R spoločnosti, ktorá bude celá vyrobená 3D tlačou a bude schopná vynášať väčšie náklady než raketa Falcon 9 Elona Muska“.
Ďalšie vesmírne spoločnosti využívajúce 3D tlač
Vzhľadom na výhody 3D tlače v oblasti kozmonautiky nie je prekvapujúce, že sa zdá, že každá seriózna vesmírna spoločnosť podniká kroky na výrobu dielov pomocou tejto technológie.
Michael Petch, ktorý píše pre 3DPrintingIndustry.com, uvádza, že prezident a generálny riaditeľ spoločnosti Virgin Galactic George Whitesides mu počas rozhovoru povedal, že cieľom spoločnosti je „skrátiť výrobu našich motorov z mnohých mesiacov napokon na niekoľko týždňov“. Petch uviedol, že 3D tlač bude pri dosahovaní tohto cieľa zohrávať zásadnú úlohu.
MIT Technology Review označil spoločnosť Rocket Lab, podnik zaoberajúci sa kozmickými letmi, za „malú firmu, ktorá odštartovala revolúciu 3D tlače vo vesmíre“. Spoločnosť založil Peter Beck v roku 2006.
MIT Technology Review uvádza, že „šesť rakiet spoločnosti Rocket Lab úspešne odštartovalo — každá bola vybavená deviatimi motormi Rutherford, ktoré sa vyrábajú prevažne pomocou kovovej 3D tlače, rovnako ako množstvo ďalších palubných prvkov“.
Existuje priestor pre iné metódy?
Hoci nové vesmírne spoločnosti napredujú s technológiami 3D, zdá sa, že v tomto odvetví je stále priestor aj pre ďalšie metódy používané už celé veky.
Príkladom technológie, ktorá sa používa už mnoho rokov a je aktuálna aj dnes, je vstrekovanie plastov.
Dôkazom, že tieto metódy majú budúcnosť aj naďalej, je nedávny pracovný inzerát spoločnosti SpaceX, v ktorom firma uvádza, že hľadá inžinierov a technikov so znalosťami príslušných technológií.
V inzeráte sa uvádza, že títo inžinieri a technici budú „úzko spolupracovať s našimi konštrukčnými tímami v počiatočných fázach vývoja procesu vysokotlakového tlakového liatia a uvádzania zariadení do prevádzky a budú riadiť rozvoj tlakového liatia hliníka v spoločnosti“.
Z úsilia a investícií nových vesmírnych spoločností je zrejmé, že 3D tlač bude významnou súčasťou budúcnosti. Organizáciám, ako je NASA, môže 3D tlač pomôcť vyriešiť problém s dopravou náhradných dielov na Medzinárodnú vesmírnu stanicu: niektoré diely bude možné vyrobiť priamo na ISS pomocou 3D tlače.
