Depi 20yèm syèk la, ras imen an te fasine pa eksplore espas ak konprann sa ki pi lwen pase Latè. Gwo òganizasyon tankou NASA ak ESA te nan premye liy eksplorasyon espas, epi yon lòt aktè enpòtan nan konkèt sa a se enprime 3D. Avèk kapasite pou pwodui rapidman pyès konplèks a pri ki ba, teknoloji konsepsyon sa a ap vin pi plis popilè nan konpayi yo. Li fè kreyasyon anpil aplikasyon posib, tankou satelit, kostim espasyal, ak konpozan fize. Anfèt, dapre SmarTech, valè mache fabrikasyon aditif nan endistri espasyal prive a espere rive nan 2.1 milya ero an 2026. Sa soulve kesyon an: Kijan enprime 3D ka ede moun eksele nan espas?
Okòmansman, yo te sitou itilize enprime 3D pou prototipaj rapid nan endistri medikal, otomobil ak ayewospasyal. Sepandan, pandan teknoloji a vin pi gaye, yo itilize l de pli zan pli pou konpozan final yo. Teknoloji fabrikasyon aditif metal, patikilyèman L-PBF, pèmèt pwodiksyon yon varyete metal ki gen karakteristik ak rezistans ki apwopriye pou kondisyon espasyal ekstrèm. Lòt teknoloji enprime 3D, tankou DED, jè lyan, ak pwosesis èkstruzyon, yo itilize tou nan fabrikasyon konpozan ayewospasyal. Nan dènye ane yo, nouvo modèl biznis te parèt, ak konpayi tankou Made in Space ak Relativity Space ki itilize teknoloji enprime 3D pou konsepsyon konpozan ayewospasyal.
Relativity Space ap devlope yon enprimant 3D pou endistri ayewospasyal la.
Teknoloji enprime 3D nan ayewospasyal
Kounye a ke nou fin prezante yo, an nou pran yon gade pi pre sou divès teknoloji enprime 3D yo itilize nan endistri ayewospasyal la. Premyèman, li enpòtan pou note ke fabrikasyon aditif metal, espesyalman L-PBF, se sa ki pi lajman itilize nan domèn sa a. Pwosesis sa a enplike itilizasyon enèji lazè pou fizyone poud metal kouch pa kouch. Li espesyalman apwopriye pou pwodui ti pyès konplèks, presi ak pèsonalize. Konpayi fabrikasyon ayewospasyal yo kapab benefisye tou de DED, ki enplike depo fil metal oswa poud epi ki sitou itilize pou repare, kouvri oswa pwodui pyès metal oswa seramik pèsonalize.
Okontrè, byenke li avantaje an tèm de vitès pwodiksyon ak pri ki ba, li pa apwopriye pou pwodui pyès mekanik ki gen gwo pèfòmans paske li mande etap ranfòsman apre pwosesis ki ogmante tan fabrikasyon pwodwi final la. Teknoloji èkstrizyon an efikas tou nan anviwònman espasyal la. Li enpòtan pou note ke se pa tout polymère ki apwopriye pou itilize nan espas, men plastik ki gen gwo pèfòmans tankou PEEK ka ranplase kèk pyès metal akòz fòs yo. Sepandan, pwosesis enprime 3D sa a poko gaye anpil, men li ka vin yon avantaj enpòtan pou eksplorasyon espasyal lè l sèvi avèk nouvo materyèl.
Fizyon Lit Lazè poud (L-PBF) se yon teknoloji ki lajman itilize nan enprime 3D pou ayewospasyal.
Potansyèl Materyèl Espasyal yo
Endistri ayewospasyal la ap eksplore nouvo materyèl atravè enprime 3D, pou pwopoze altènativ inovatè ki ka deranje mache a. Pandan ke metal tankou Titàn, aliminyòm, ak alyaj nikèl-Kwòm te toujou prensipal konsantre a, yon nouvo materyèl ka byento pran atansyon an: regolit linè. Regolit linè se yon kouch pousyè ki kouvri lalin nan, epi ESA demontre benefis ki genyen nan konbine li ak enprime 3D. Advenit Makaya, yon enjenyè fabrikasyon ansyen nan ESA, dekri regolit linè a kòm menm jan ak beton, prensipalman fèt ak Silisyòm ak lòt eleman chimik tankou fè, mayezyòm, aliminyòm, ak oksijèn. ESA te asosye avèk Lithoz pou pwodui ti pyès fonksyonèl tankou vis ak angrenaj lè l sèvi avèk regolit linè simile ki gen pwopriyete ki sanble ak pousyè linè reyèl.
Pifò nan pwosesis ki enplike nan fabrikasyon regolit linè a itilize chalè, sa ki fè li konpatib ak teknoloji tankou SLS ak solisyon enprime ak poud. ESA ap itilize tou teknoloji D-Shape ak objektif pou pwodui pyès solid lè yo melanje klori mayezyòm ak materyèl epi konbine li ak oksid mayezyòm yo jwenn nan echantiyon simile a. Youn nan avantaj enpòtan materyèl linè sa a se rezolisyon enprime ki pi rafine li, ki pèmèt li pwodui pyès ak pi gwo presizyon. Karakteristik sa a ta ka vin avantaj prensipal la nan elaji seri aplikasyon yo ak fabrikasyon konpozan pou baz linè nan lavni.
Regolit linè a toupatou
Genyen tou regolit masyen, ki refere a materyèl anba tè yo jwenn sou Mas. Kounye a, ajans espasyal entènasyonal yo pa ka refè materyèl sa a, men sa pa anpeche syantis yo fè rechèch sou potansyèl li nan sèten pwojè ayewospasyal. Chèchè yo ap itilize echantiyon simile nan materyèl sa a epi yo konbine li ak alyaj Titàn pou pwodui zouti oswa konpozan fize. Rezilta inisyal yo endike ke materyèl sa a pral bay pi gwo rezistans epi pwoteje ekipman kont rouye ak domaj radyasyon. Malgre ke de materyèl sa yo gen pwopriyete ki sanble, regolit linè a toujou materyèl ki pi teste a. Yon lòt avantaj se ke materyèl sa yo ka fabrike sou plas san yo pa bezwen transpòte matyè premyè soti sou Latè. Anplis de sa, regolit se yon sous materyèl ki pa ka épuize, ki ede anpeche rate.
Aplikasyon teknoloji enprime 3D nan endistri ayewospasyal la
Aplikasyon teknoloji enprime 3D nan endistri ayewospasyal la ka varye selon pwosesis espesifik ki itilize a. Pa egzanp, fizyon kabann poud lazè (L-PBF) ka itilize pou fabrike pyès konplèks kout tèm, tankou sistèm zouti oswa pyès rezèv espasyal. Launcher, yon startup ki baze nan Kalifòni, te itilize teknoloji enprime 3D safi-metal Velo3D a pou amelyore motè fize likid E-2 li a. Pwosesis manifakti a te itilize pou kreye turbin endiksyon an, ki jwe yon wòl enpòtan nan akselere ak kondwi LOX (oksijèn likid) nan chanm konbisyon an. Yo te enprime turbin nan ak detèktè a lè l sèvi avèk teknoloji enprime 3D epi answit yo te rasanble. Konpozan inovatè sa a bay fize a pi gwo koule likid ak pi gwo pouse, sa ki fè li yon pati esansyèl nan motè a.
Velo3D te kontribye nan itilizasyon teknoloji PBF nan fabrikasyon motè fize likid E-2 la.
Fabrikasyon aditif gen aplikasyon laj, tankou pwodiksyon ti ak gwo estrikti. Pa egzanp, teknoloji enprime 3D tankou solisyon Stargate Relativity Space la ka itilize pou fabrike gwo pyès tankou tank gaz pou fize ak lam elis. Relativity Space pwouve sa atravè pwodiksyon siksè Terran 1 la, yon fize prèske antyèman enprime an 3D, ki gen ladan yon tank gaz plizyè mèt longè. Premye lansman li nan dat 23 mas 2023, te demontre efikasite ak fyab pwosesis fabrikasyon aditif yo.
Teknoloji enprime 3D ki baze sou èkstruzyon pèmèt tou pwodiksyon pyès lè l sèvi avèk materyèl pèfòmans segondè tankou PEEK. Konpozan ki fèt ak tèrmoplastik sa a te deja teste nan espas epi yo te mete yo sou rover Rashid la kòm yon pati nan misyon linè UAE a. Objektif tès sa a se te evalye rezistans PEEK nan kondisyon linè ekstrèm. Si li reyisi, PEEK ka ranplase pyès metal nan sitiyasyon kote pyès metal yo kase oswa materyèl yo ra. Anplis de sa, pwopriyete lejè PEEK yo ka gen valè nan eksplorasyon espas.
Teknoloji enprime 3D a ka itilize pou fabrike yon varyete pyès pou endistri ayewospasyal la.
Avantaj enprime 3D nan endistri ayewospasyal la
Avantaj enprime 3D nan endistri ayewospasyal la gen ladan yo yon amelyorasyon nan aparans final pyès yo konpare ak teknik konstriksyon tradisyonèl yo. Johannes Homa, PDG manifakti enprimant 3D otrichyen Lithoz, deklare ke "teknoloji sa a fè pyès yo pi lejè." Akòz libète nan konsepsyon, pwodwi enprime 3D yo pi efikas epi yo mande mwens resous. Sa gen yon enpak pozitif sou enpak anviwònman an nan pwodiksyon pyès. Relativity Space demontre ke fabrikasyon aditif ka diminye anpil kantite konpozan ki nesesè pou fabrike veso espasyal. Pou fize Terran 1 la, yo te ekonomize 100 pyès. Anplis de sa, teknoloji sa a gen avantaj enpòtan nan vitès pwodiksyon an, ak fize a fini nan mwens pase 60 jou. Okontrè, fabrike yon fize lè l sèvi avèk metòd tradisyonèl yo te kapab pran plizyè ane.
Konsènan jesyon resous yo, enprime 3D ka ekonomize materyèl e, nan kèk ka, menm pèmèt resiklaj dechè. Finalman, fabrikasyon aditif ka vin yon avantaj enpòtan pou diminye pwa dekolaj fize yo. Objektif la se maksimize itilizasyon materyèl lokal yo, tankou regolit, epi minimize transpò materyèl yo nan veso espasyal yo. Sa fè li posib pou pote sèlman yon enprimant 3D, ki ka kreye tout bagay sou plas apre vwayaj la.
Made in Space deja voye youn nan enprimant 3D yo nan espas pou fè tès.
Limitasyon enprime 3D nan espas
Malgre ke enprime 3D gen anpil avantaj, teknoloji a toujou relativman nouvo e li gen limit. Advenit Makaya deklare, "Youn nan pwoblèm prensipal yo ak fabrikasyon aditif nan endistri ayewospasyal la se kontwòl pwosesis ak validasyon." Manifaktirè yo ka antre nan laboratwa a epi teste fòs, fyab ak mikwoestrikti chak pati anvan validasyon, yon pwosesis ke yo rekonèt kòm tès ki pa destriktif (NDT). Sepandan, sa ka pran anpil tan epi koute chè, kidonk objektif final la se diminye bezwen pou tès sa yo. NASA fèk etabli yon sant pou adrese pwoblèm sa a, ki konsantre sou sètifikasyon rapid konpozan metal ki fabrike pa fabrikasyon aditif. Sant lan gen pou objaktif pou itilize jimo dijital pou amelyore modèl òdinatè pwodwi yo, ki pral ede enjenyè yo pi byen konprann pèfòmans ak limit pati yo, tankou konbyen presyon yo ka sipòte anvan yo kase. Lè yo fè sa, sant lan espere ede ankouraje aplikasyon enprime 3D nan endistri ayewospasyal la, pou fè li pi efikas nan konpetisyon ak teknik fabrikasyon tradisyonèl yo.
Konpozan sa yo te sibi tès fyab ak fòs konplè.
Yon lòt bò, pwosesis verifikasyon an diferan si fabrikasyon an fèt nan espas. Advenit Makaya nan ESA eksplike, "Gen yon teknik ki enplike analize pyès yo pandan enprime." Metòd sa a ede detèmine ki pwodwi enprime ki apwopriye e ki pa apwopriye. Anplis de sa, gen yon sistèm oto-koreksyon pou enprimant 3D ki fèt pou espas e li anba tès sou machin metal. Sistèm sa a ka idantifye erè potansyèl nan pwosesis fabrikasyon an epi modifye paramèt li yo otomatikman pou korije nenpòt domaj nan pyès la. De sistèm sa yo espere amelyore fyab pwodwi enprime yo nan espas.
Pou valide solisyon enprime 3D yo, NASA ak ESA etabli estanda. Estanda sa yo gen ladan yo yon seri tès pou detèmine fyab pyès yo. Yo konsidere teknoloji fizyon kabann poud epi y ap mete yo ajou pou lòt pwosesis. Sepandan, anpil gwo jwè nan endistri materyèl yo, tankou Arkema, BASF, Dupont, ak Sabic, bay trasabilite sa a tou.
Ap viv nan espas?
Avèk avansman teknoloji enprime 3D a, nou wè anpil pwojè siksè sou Latè ki itilize teknoloji sa a pou konstwi kay. Sa fè nou mande tèt nou si pwosesis sa a ta ka itilize nan yon fiti pròch oswa byen lwen pou konstwi estrikti abitab nan espas. Pandan ke viv nan espas se yon bagay ki pa reyalis kounye a, konstwi kay, patikilyèman sou lalin nan, ka benefik pou astronòt yo nan ekzekisyon misyon espasyal yo. Objektif Ajans Espasyal Ewopeyen an (ESA) se bati dòm sou lalin nan lè l sèvi avèk regolit linè, ki ka itilize pou konstwi mi oswa brik pou pwoteje astronòt yo kont radyasyon. Dapre Advenit Makaya nan ESA, regolit linè a konpoze de anviwon 60% metal ak 40% oksijèn epi li se yon materyèl esansyèl pou siviv astronòt paske li ka bay yon sous oksijèn san fen si yo ekstrè li nan materyèl sa a.
NASA te akòde ICON yon sibvansyon 57.2 milyon dola pou devlope yon sistèm enprime 3D pou konstwi estrikti sou sifas linè a epi li ap kolabore tou avèk konpayi an pou kreye yon abita Mars Dune Alpha. Objektif la se teste kondisyon lavi sou Mas lè yo fè volontè yo viv nan yon abita pandan yon ane, pou simile kondisyon ki sou Planèt Wouj la. Efò sa yo reprezante etap enpòtan nan direksyon pou konstwi dirèkteman estrikti enprime 3D sou lalin nan ak Mas, sa ki ta ka evantyèlman louvri wout la pou kolonizasyon espas imen an.
Nan yon fiti byen lwen, kay sa yo ta ka pèmèt lavi siviv nan espas.
Lè piblikasyon an: 14 jen 2023
