Ti saprak abad ka-20, umat manusa parantos resep kana ngajalajah antariksa sareng ngartos naon anu aya di saluareun Bumi. Organisasi utama sapertos NASA sareng ESA parantos aya di garis payun dina éksplorasi antariksa, sareng pamaén penting anu sanés dina panaklukan ieu nyaéta percetakan 3D. Kalayan kamampuan pikeun ngahasilkeun bagian anu rumit kalayan biaya anu murah, téknologi desain ieu beuki populér di perusahaan. Éta ngamungkinkeun nyiptakeun seueur aplikasi, sapertos satelit, baju antariksa, sareng komponén roket. Nyatana, numutkeun SmarTech, nilai pasar manufaktur aditif industri antariksa swasta diperkirakeun bakal ngahontal €2,1 milyar dina taun 2026. Ieu nimbulkeun patarosan: Kumaha percetakan 3D tiasa ngabantosan manusa unggul dina antariksa?
Mimitina, percetakan 3D utamina dianggo pikeun prototipe gancang dina industri médis, otomotif, sareng aerospace. Nanging, kumargi téknologi ieu beuki nyebar, éta beuki dianggo pikeun komponén tujuan akhir. Téhnologi manufaktur aditif logam, khususna L-PBF, parantos ngamungkinkeun produksi rupa-rupa logam kalayan karakteristik sareng daya tahan anu cocog pikeun kaayaan rohangan anu ekstrim. Téhnologi percetakan 3D anu sanés, sapertos DED, binder jetting, sareng prosés ékstrusi, ogé dianggo dina manufaktur komponén aerospace. Dina sababaraha taun ka pengker, modél bisnis énggal parantos muncul, sareng perusahaan sapertos Made in Space sareng Relativity Space nganggo téknologi percetakan 3D pikeun ngarancang komponén aerospace.
Relativitas Space ngembangkeun printer 3D pikeun industri aerospace
Téhnologi percetakan 3D dina aerospace
Ayeuna urang parantos ngenalkeunana, hayu urang tingali langkung caket kana rupa-rupa téknologi percetakan 3D anu dianggo dina industri aerospace. Mimitina, kedah dicatet yén manufaktur aditif logam, khususna L-PBF, mangrupikeun anu paling seueur dianggo dina widang ieu. Prosés ieu ngalibatkeun panggunaan énergi laser pikeun ngahijikeun bubuk logam lapis demi lapis. Éta cocog pisan pikeun ngahasilkeun bagian anu alit, rumit, tepat, sareng khusus. Pabrikan aerospace ogé tiasa nguntungkeun tina DED, anu ngalibatkeun neundeun kawat logam atanapi bubuk sareng utamina dianggo pikeun ngalereskeun, ngalapis, atanapi ngahasilkeun bagian logam atanapi keramik khusus.
Sabalikna, binder jetting, sanaos nguntungkeun dina hal kecepatan produksi sareng biaya anu murah, henteu cocog pikeun ngahasilkeun bagian mékanis kinerja tinggi sabab meryogikeun léngkah-léngkah panguatan pasca-pamrosésan anu ningkatkeun waktos manufaktur produk ahir. Téhnologi ékstrusi ogé efektif dina lingkungan luar angkasa. Perlu dicatet yén henteu sadaya polimér cocog pikeun dianggo di luar angkasa, tapi plastik kinerja tinggi sapertos PEEK tiasa ngagentos sababaraha bagian logam kusabab kakuatanana. Nanging, prosés percetakan 3D ieu masih teu pati nyebar, tapi tiasa janten aset anu berharga pikeun éksplorasi luar angkasa ku ngagunakeun bahan énggal.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) nyaéta téknologi anu loba dipaké dina percetakan 3D pikeun dirgantara.
Poténsi Bahan Luar Angkasa
Industri aerospace parantos ngajalajah bahan-bahan énggal ngalangkungan percetakan 3D, ngajukeun alternatif inovatif anu tiasa ngaganggu pasar. Sanaos logam sapertos titanium, aluminium, sareng paduan nikel-kromium salawasna janten fokus utama, bahan énggal tiasa waé janten sorotan: regolith bulan. Regolith bulan nyaéta lapisan lebu anu nutupan bulan, sareng ESA parantos nunjukkeun kauntungan tina ngagabungkeunana sareng percetakan 3D. Advenit Makaya, insinyur manufaktur senior ESA, ngajelaskeun regolith bulan sami sareng beton, utamina diwangun ku silikon sareng unsur kimia sanés sapertos beusi, magnesium, aluminium, sareng oksigén. ESA parantos damel bareng sareng Lithoz pikeun ngahasilkeun bagian fungsional alit sapertos sekrup sareng gir nganggo regolith bulan simulasi kalayan sipat anu sami sareng lebu bulan asli.
Kaseueuran prosés anu kalibet dina manufaktur regolith lunar ngamangpaatkeun panas, janten cocog sareng téknologi sapertos SLS sareng solusi percetakan beungkeutan bubuk. ESA ogé nganggo téknologi D-Shape kalayan tujuan ngahasilkeun bagian padet ku cara nyampur magnesium klorida sareng bahan sareng ngagabungkeunana sareng magnesium oksida anu aya dina spésimén simulasi. Salah sahiji kaunggulan anu signifikan tina bahan bulan ieu nyaéta résolusi citakna anu langkung saé, anu ngamungkinkeun éta ngahasilkeun bagian kalayan presisi anu pangluhurna. Fitur ieu tiasa janten aset utama dina ngalegaan rupa-rupa aplikasi sareng komponén manufaktur pikeun basis bulan ka hareup.
Regolith Lunar Aya di Mana-mana
Aya ogé regolith Mars, anu nujul kana bahan handapeun taneuh anu kapanggih di Mars. Ayeuna, lembaga antariksa internasional teu tiasa mendakan bahan ieu, tapi ieu teu ngeureunkeun para ilmuwan pikeun nalungtik poténsina dina proyék aerospace tertentu. Para panalungtik nganggo spésimén simulasi bahan ieu sareng ngagabungkeunana sareng paduan titanium pikeun ngahasilkeun alat atanapi komponén roket. Hasil awal nunjukkeun yén bahan ieu bakal nyayogikeun kakuatan anu langkung luhur sareng ngajagaan alat tina karat sareng karusakan radiasi. Sanaos dua bahan ieu gaduh sipat anu sami, regolith bulan masih mangrupikeun bahan anu paling diuji. Kauntungan sanésna nyaéta bahan ieu tiasa diproduksi di tempat tanpa kedah ngangkut bahan baku ti Bumi. Salaku tambahan, regolith mangrupikeun sumber bahan anu teu aya béakna, ngabantosan nyegah kakurangan.
Aplikasi téknologi percetakan 3D dina industri aerospace
Aplikasi téknologi percetakan 3D dina industri aerospace tiasa bénten-bénten gumantung kana prosés khusus anu dianggo. Salaku conto, fusi ranjang bubuk laser (L-PBF) tiasa dianggo pikeun ngadamel bagian jangka pondok anu rumit, sapertos sistem alat atanapi suku cadang luar angkasa. Launcher, perusahaan rintisan anu berbasis di California, nganggo téknologi percetakan 3D logam safir Velo3D pikeun ningkatkeun mesin roket cair E-2 na. Prosés produsén dianggo pikeun nyiptakeun turbin induksi, anu maénkeun peran penting dina ngagancangkeun sareng nyetir LOX (oksigén cair) kana ruang durukan. Turbin sareng sénsor masing-masing dicitak nganggo téknologi percetakan 3D teras dirakit. Komponén inovatif ieu nyayogikeun aliran cairan anu langkung ageung sareng daya dorong anu langkung ageung pikeun roket, jantenkeun éta bagian penting tina mesin.
Velo3D nyumbang kana panggunaan téknologi PBF dina ngadamel mesin roket cair E-2.
Manufaktur aditif mibanda aplikasi anu lega, kalebet produksi struktur alit sareng ageung. Salaku conto, téknologi percetakan 3D sapertos solusi Stargate Relativity Space tiasa dianggo pikeun ngadamel bagian-bagian ageung sapertos tangki bahan bakar roket sareng bilah baling-baling. Relativity Space parantos ngabuktikeun ieu ngalangkungan produksi Terran 1 anu suksés, roket anu ampir sadayana dicitak 3D, kalebet tangki bahan bakar sababaraha méter panjangna. Peluncuran munggaranana dina 23 Maret 2023, nunjukkeun efisiensi sareng reliabilitas prosés manufaktur aditif.
Téhnologi percetakan 3D berbasis ékstrusi ogé ngamungkinkeun produksi bagian-bagian nganggo bahan kinerja tinggi sapertos PEEK. Komponen anu didamel tina termoplastik ieu parantos diuji di luar angkasa sareng dipasang dina rover Rashid salaku bagian tina misi bulan UAE. Tujuan tina tés ieu nyaéta pikeun meunteun résistansi PEEK kana kaayaan bulan anu ekstrim. Upami suksés, PEEK tiasa ngagentos bagian logam dina kaayaan dimana bagian logam rusak atanapi bahan langka. Salaku tambahan, sipat hampang PEEK tiasa aya mangpaatna dina éksplorasi luar angkasa.
Téhnologi percetakan 3D tiasa dianggo pikeun ngadamel rupa-rupa bagian pikeun industri aerospace.
Kaunggulan percetakan 3D dina industri aerospace
Kaunggulan percetakan 3D dina industri aerospace kalebet penampilan akhir bagian anu langkung saé dibandingkeun sareng téknik konstruksi tradisional. Johannes Homa, CEO produsén printer 3D Austria Lithoz, nyatakeun yén "téknologi ieu ngajantenkeun bagian langkung hampang." Kusabab kabébasan desain, produk percetakan 3D langkung efisien sareng meryogikeun sumber daya anu langkung sakedik. Ieu gaduh dampak positip kana dampak lingkungan tina produksi bagian. Relativity Space parantos nunjukkeun yén manufaktur aditif tiasa sacara signifikan ngirangan jumlah komponén anu diperyogikeun pikeun ngadamel pesawat ruang angkasa. Pikeun roket Terran 1, 100 bagian disimpen. Salaku tambahan, téknologi ieu gaduh kaunggulan anu signifikan dina kecepatan produksi, kalayan roket réngsé dina kirang ti 60 dinten. Sabalikna, ngadamel roket nganggo metode tradisional tiasa nyandak sababaraha taun.
Ngeunaan manajemen sumber daya, percetakan 3D tiasa ngahémat bahan sareng, dina sababaraha kasus, bahkan ngamungkinkeun daur ulang runtah. Pamungkas, manufaktur aditif tiasa janten aset anu berharga pikeun ngirangan beurat lepas landas roket. Tujuanana nyaéta pikeun ngamaksimalkeun panggunaan bahan lokal, sapertos regolith, sareng ngaminimalkeun transportasi bahan dina pesawat ruang angkasa. Ieu ngamungkinkeun pikeun ngan ukur mawa printer 3D, anu tiasa nyiptakeun sadayana di tempat saatos perjalanan.
Made in Space parantos ngirim salah sahiji printer 3D na ka luar angkasa pikeun diuji.
Watesan percetakan 3D di luar angkasa
Sanaos percetakan 3D ngagaduhan seueur kaunggulan, téknologi ieu masih kawilang énggal sareng gaduh watesan. Advenit Makaya nyatakeun, "Salah sahiji masalah utama manufaktur aditif dina industri aerospace nyaéta kontrol prosés sareng validasi." Pabrikan tiasa lebet ka laboratorium sareng nguji kakuatan, reliabilitas, sareng mikrostruktur unggal bagian sateuacan validasi, prosés anu dikenal salaku uji non-destruktif (NDT). Nanging, ieu tiasa nyéépkeun waktos sareng mahal, janten tujuan utama nyaéta pikeun ngirangan kabutuhan tés ieu. NASA nembe ngadegkeun pusat pikeun ngatasi masalah ieu, fokus kana sertifikasi gancang komponén logam anu diproduksi ku manufaktur aditif. Pusat ieu ngagaduhan tujuan pikeun nganggo kembar digital pikeun ningkatkeun modél produk komputer, anu bakal ngabantosan insinyur langkung ngartos kinerja sareng watesan bagian, kalebet sabaraha tekanan anu tiasa ditahan sateuacan patah. Ku cara kitu, pusat ieu ngarepkeun tiasa ngabantosan ngamajukeun aplikasi percetakan 3D dina industri aerospace, janten langkung efektif dina bersaing sareng téknik manufaktur tradisional.
Komponen-komponen ieu parantos ngalaman uji reliabilitas sareng kakuatan anu komprehensif.
Di sisi séjén, prosés verifikasi béda upami manufaktur dilakukeun di luar angkasa. Advenit Makaya ti ESA ngajelaskeun, "Aya téknik anu ngalibatkeun nganalisis bagian-bagian nalika nyetak." Métode ieu ngabantosan nangtukeun produk citak mana anu cocog sareng mana anu henteu. Salaku tambahan, aya sistem koreksi mandiri pikeun printer 3D anu ditujukeun pikeun luar angkasa sareng nuju diuji dina mesin logam. Sistem ieu tiasa ngaidentipikasi poténsi kasalahan dina prosés manufaktur sareng sacara otomatis ngarobih parameterna pikeun ngabenerkeun cacad naon waé dina bagian éta. Dua sistem ieu dipiharep bakal ningkatkeun reliabilitas produk citak di luar angkasa.
Pikeun ngavalidasi solusi percetakan 3D, NASA sareng ESA parantos netepkeun standar. Standar ieu kalebet sarangkaian tés pikeun nangtukeun reliabilitas bagian-bagian. Aranjeunna mertimbangkeun téknologi fusi bubuk sareng ngapdet éta pikeun prosés anu sanés. Nanging, seueur pamaén utama dina industri bahan, sapertos Arkema, BASF, Dupont, sareng Sabic, ogé nyayogikeun katelusuran ieu.
Hirup di luar angkasa?
Kalayan kamajuan téknologi percetakan 3D, urang parantos ningali seueur proyék anu suksés di Bumi anu nganggo téknologi ieu pikeun ngawangun bumi. Ieu ngajantenkeun urang heran naha prosés ieu tiasa dianggo dina waktos anu caket atanapi jauh pikeun ngawangun struktur anu tiasa dihuni di luar angkasa. Sanaos hirup di luar angkasa ayeuna teu réalistis, ngawangun bumi, khususna di bulan, tiasa mangpaat pikeun astronot dina ngalaksanakeun misi luar angkasa. Tujuan Badan Antariksa Éropa (ESA) nyaéta pikeun ngawangun kubah di bulan nganggo regolith bulan, anu tiasa dianggo pikeun ngawangun témbok atanapi bata pikeun ngajagaan astronot tina radiasi. Numutkeun Advenit Makaya ti ESA, regolith bulan diwangun ku sakitar 60% logam sareng 40% oksigén sareng mangrupikeun bahan penting pikeun salametna astronot sabab tiasa nyayogikeun sumber oksigén anu teu aya tungtungna upami diekstrak tina bahan ieu.
NASA parantos masihan hibah $57,2 juta ka ICON pikeun ngembangkeun sistem percetakan 3D pikeun ngawangun struktur dina permukaan bulan sareng ogé damel bareng sareng perusahaan pikeun nyiptakeun habitat Mars Dune Alpha. Tujuanana nyaéta pikeun nguji kaayaan hirup di Mars ku cara ngagaduhan sukarelawan anu cicing di habitat salami sataun, simulasi kaayaan di Planét Beureum. Usaha-usaha ieu ngagambarkeun léngkah-léngkah penting pikeun ngawangun langsung struktur percetakan 3D di bulan sareng Mars, anu pamustunganana tiasa muka jalan pikeun kolonisasi luar angkasa manusa.
Dina mangsa nu bakal datang, imah-imah ieu bisa ngamungkinkeun kahirupan salamet di luar angkasa.
Waktos posting: 14 Juni 2023
