Переваги 3D-друку добре документовані. Технологія дозволяє створювати продукти там, де вони потрібні. Це допомагає вирішувати проблеми з продуктивністю, забезпечуючи безперебійний розвиток ланцюжків постачання. Це може вплинути на скорочення ресурсів і часу, необхідні виробництва.
Ракетні компанії використовують 3D-друк, офіційно відому як адитивне виробництво, більшу частину останнього десятиліття, починаючи з розробки SpaceX у 2013 році ракетного двигуна SuperDraco.
У статті простежується історія використання 3D-друку у нових космічних компаніях. Ближче до кінця статті ми також розглянемо ще одну передову технологію виробництва, яку використовують ці компанії: лиття під тиском.
Визначення 3D-друку
Почнемо з того, що нагадаємо, що таке технологія 3D-друку. Немає кращого місця для пошуку визначення 3D-друку, ніж у майстрів 3D-друку Autodesk.
Autodesk визначає 3D-друк як «процес створення фізичних об'єктів шляхом нашарування матеріалів на основі цифрової моделі». Те ж джерело додає, що «технологію 3D-друку можна використовувати для створення всього: від прототипів і простих деталей до високотехнологічних кінцевих продуктів, таких як деталі літаків…, зелені будівлі, які рятують життя медичні імплантати і навіть штучні органи, що використовують шари людських клітин». . «.
Autodesk виділяє три основні методи, які використовуються при виробництві виробів з використанням 3D:
Виробництво плавленого волокна (FFF): Цей метод, в основному використовуваний при виробництві споживчих товарів, включає нагрівання і екструзію шарів пластику, з яких створюється необхідний продукт. Це також називається моделюванням плавленого осадження (FDM).
Стереолітографія (SLA): Він використовує ультрафіолетове світло для зміцнення або зміцнення арок по одному шару за раз.
Селективне лазерне спікання (SLS): Комбінує порошкоподібні матеріали за допомогою лазера, шар за шаром.
Чому космічні виробники звертаються до 3D-друку
Постачальник програмного забезпечення для адитивного виробництва AMFG дає деяке уявлення про вплив 3D виробництва на космічні подорожі. Компанія зазначає, що «виробники космічних апаратів стикаються з проблемою прискорення розробки та виробництва ракет за одночасного зниження витрат та підвищення ефективності».
AMFG стверджує, що традиційний процес виробництва ракет включає кілька циклів прототипування і етапів виробництва, що робить цей процес дорогим і трудомістким. Те ж джерело стверджує, що процес 3D-виробництва може скоротити час виробництва деталей із традиційних 14 тижнів до кількох тижнів, надаючи виробникам значну економію часу та коштів.
3D виробництво також забезпечує точність деталей, що є складним завданням при використанні традиційних методів виробництва.
Перша деталь надрукована на 3D-принтері в космосі
Ілон Маск заснував SpaceX у 2002 році. Його місія полягала в тому, щоб знизити вартість космічних подорожей, щоб люди могли зрештою колонізувати Марс. На думку SpaceX, цього можна досягти, використовуючи «повністю багаторазові ракети-носії, які будуть найпотужнішими з будь-коли створених, здатними доставляти людей на Марс та інші місця Сонячної системи».
5 вересня 2013 року Маск оголошено у твіті, що «ракетний відсік SpaceX SuperDraco Inconel з сорочкою охолодження Regen виходить з металевого 3D-принтера EOS».
Джерело новин про освоєння космосу, інновації та астрономію Space.com повідомляє, що «SpaceX відправила свою першу 3D-друкарську деталь у космос на початку цього року (2014)». Те джерело додає, що «ця деталь, головний клапан окислювача ракетного двигуна, полетіла на борту ракети Falcon 9, запущеної SpaceX 6 січня, і вивела на орбіту комерційний телекомунікаційний супутник Thaicom 6».
Практичність використання 3D-друку для виготовлення деталей ракет була підтверджена тим, що клапан працював як слід у складних умовах, у тому числі при екстремально низьких температурах.
SpaceX також використовує технологію 3D-друку для виробництва інших аксесуарів, таких як шоломи. За даними 3Dnatives.com, «Кожен шолом має козирок, клапани, замки та мікрофони».
Blue Origin: значні інвестиції у 3D-друк
Blue Origin – виробник аерокосмічної продукції, заснований засновником Amazon Джеффом Безосом. Компанія була заснована у 2000 році в Кенті, штат Вашингтон. «Ми прагнемо прокласти шлях у космос, щоб наші діти могли будувати майбутнє», — йдеться у заяві місії компанії.
Blue Origin також заявляє, що виконує свою місію, розробляючи «частково і повністю багаторазові ракети-носії, які безпечні, недорогі та задовольняють потреби всіх цивільних, комерційних та оборонних замовників».
Важливою частиною забезпечення того, щоб недорогі та безпечні продукти Blue Origin для космічних подорожей стали нормою, є технологія 3D-друку. 3DPrintingIndustry.com цитує генерального директора Blue Origin Роба Мейєрсона, який сказав, що його компанія «зробила значні інвестиції у 3D-друк». Він додає: «Ми всі за впровадження нових технологій та повне використання можливостей».
3DPrintingIndustry.com також повідомляє, що Мейєрсон проілюстрував у презентації переваги 3D-друку з погляду економії часу та засобів у порівнянні з традиційними методами лиття. У презентації Мейєрсон демонструє деталь, на виготовлення якої за допомогою 3D-друку пішло три місяці. На ту ж деталь потрібно більше 12 місяців при використанні традиційних методів лиття.
3D-друкарський двигун доставив першу жінку на поверхню Місяця
У грудні 2020 року сайт 3Dprint.com повідомив, що «Blue Origin створила триступеневий посадковий модуль, який зможе доставити на поверхню Місяця першу жінку і наступного чоловіка до 2024 року».
Цікаво те, що двигун БЕ-7, що приводить у рух місячний посадковий модуль, був виготовлений з використанням 3D-технології. Це підтверджує Безос, який каже: «BE-7 — це високопродуктивний, адитивно виготовлений місячний посадковий двигун на рідкому водні та рідкому кисні з тягою 10 000 фунтів сили з глибоким дроселюванням до 2 000 фунтів сили для точних посадок на Місяць».
Але це ще не все. Безос використав так зване відео в Instagram, щоб оголосити, що «це двигун, який доставить першу жінку на поверхню Місяця». За даними Washington Post, цією жінкою була Уоллі Фанк, яка втратила шанс полетіти в космос у 1961 році. тому що «НАСА не мала програми для жінок-космонавтів».
Можливо, Фанк і не приземлилася на поверхню Місяця, але нарешті з'явиться шанс полетіти в космос 20 липня 2021 року. Їй було 82 роки. Фанк був одним із трьох пасажирів, які подорожували з Безосом на Blue Origin. дубльований його «перший політ людини».
Запуск на орбіту повністю надрукованої на 3D-принтері ракети
Relativity Space — космічна компанія, заснована у 2015 році. Компанія позначила свою мету стати першою космічною компанією, яка успішно запустить на орбіту ракету, повністю надруковану на 3D-принтері.
Але що насправді означає «цілком надрукована на 3D-принтері ракета»? Повідомляється, що Денрі Перес, пише для Engineering.com, відповів: «Від двигунів до фюзеляжу теорія відносності автоматизує майже весь виробничий процес».
Перес додає, що 3D-друк дозволив Relativity швидко модифікувати конструкції. Він зазначає, що щоб обійти конкурентів, таких як SpaceX, компанія продає кастомізацію. «Використання 3D-друку дозволить компанії кілька разів модифікувати капсули, щоб вони підходили до супутників будь-якого типу», — пише він.
Forbes.com цитує генерального директора Relativity Тіма Елліс, який сказав, що «завдяки 3D-друку ми можемо виробляти ракети швидше, використовуючи менший, більш економічний завод і менше процесів».
8 червня 2021 Алекс Кнапп з Forbes.com повідомив, що Relativity залучила 650 мільйонів доларів в рамках венчурного раунду серії E. Він повідомляє, що «капітал спрямований на прискорення розробки ракети компанії Terran R, яка буде повністю тривимірною». надрукований і здатний запускати більше корисне навантаження, ніж ракета Ілона Маска Falcon 9.
Інші космічні компанії, які використовують 3D-друк
Враховуючи переваги 3D-друку в космічній сфері, не дивно, що кожна велика космічна компанія робить для виробництва деталей з використанням цієї технології.
Майкл Петч, який пише для 3DPrintingIndustry.com, повідомляє, що президент і генеральний директор Virgin Galactic Джордж Уайтсайдс сказав йому під час інтерв'ю, що «мета компанії — скоротити час виробництва наших двигунів з багатьох місяців до кількох тижнів». Петч зазначив, що 3D відіграє величезну роль у досягненні цієї мети.
Rocket Lab — компанія, що займається космічними подорожами, яку MIT Technology Review називає «маленькою компанією, яка розпочала космічну революцію в області 3D-друку». Пітер Бек заснував компанію у 2006 році.
У MIT Technology Review повідомляється, що «на сьогоднішній день успішно запущено шість ракет (Rocket Lab), кожна з яких оснащена дев'ятьма двигунами Резерфорда, які створюються в основному з використанням 3D-друку металом, як і багато інших компонентів на борту».
Чи є місце для інших методів?
Незважаючи на те, що нові космічні компанії розробляють 3D-технології, схоже на те, що інші методи, які використовувалися протягом століть, все ще мають місце в галузі.
Прикладом технології, яка використовується вже багато років, але актуальна і сьогодні є лиття пластмас під тиском.
Доказом того, що у цих методів все ще є майбутнє, є недавнє оголошення про прийом на роботу від SpaceX, в якому говориться, що компанія наймає інженерів та технічних фахівців, які знаються на відповідних технологіях.
В оголошенні йдеться, що ці інженери і техніки «тісно співпрацюватимуть з нашими інженерними командами на ранніх стадіях розробки процесу лиття під тиском і введення в експлуатацію обладнання, а також сприятимуть розвитку лиття під тиском алюмінію всередині компанії».
Судячи з зусиль та інвестицій нових космічних компаній, стає ясно, що 3D-друк стане значною частиною майбутнього. Для таких організацій, як НАСА, 3D-друк міг би вирішити проблему доставки запасних частин на Міжнародну космічну станцію, дозволяючи виробляти деякі з них безпосередньо на МКС із використанням 3D-друку.
Джерело інформації для статті надав: MolDie
