XX asyrdan bäri adamzat kosmosy öwrenmek we Ýeriň daşynda nämeleriň bardygyny düşünmek bilen gyzyklanýar. NASA we ESA ýaly iri guramalar kosmosy öwrenmekde öň hatarda durýarlar we bu basylyp alnanda ýene bir möhüm oýunçy 3D çap etmekdir. Çylşyrymly bölekleri arzan bahadan çalt öndürmek ukyby bilen bu dizaýn tehnologiýasy kompaniýalarda barha meşhur bolýar. Ol hemralar, kosmos geýimleri we raketa bölekleri ýaly köp sanly ulanylyşlary döretmegi mümkin edýär. Aslynda, SmarTech-iň maglumatlaryna görä, hususy kosmos senagatynyň goşmaça önümçiliginiň bazar bahasynyň 2026-njy ýyla çenli 2,1 milliard ýewro ýetmegine garaşylýar. Bu bolsa şeýle sorag döredýär: 3D çap etmek adamlara kosmosda üstünlik gazanmaga nähili kömek edip biler?
Ilki başda 3D çap etmek esasan lukmançylyk, awtoulag we kosmos senagatynda çalt prototiplemek üçin ulanylýardy. Şeýle-de bolsa, tehnologiýa has giňden ýaýransoň, ol soňky maksatly bölekler üçin barha köp ulanylýar. Metal goşundylaryny öndürmek tehnologiýasy, esasanam L-PBF, ekstremal kosmos şertleri üçin amatly häsiýetlere we berklige eýe bolan dürli metallary öndürmäge mümkinçilik berdi. Aerokosmos böleklerini öndürmekde DED, baglaýjy jetting we ekstruziýa prosesi ýaly beýleki 3D çap etmek tehnologiýalary hem ulanylýar. Soňky ýyllarda täze biznes modelleri peýda boldy, "Made in Space" we "Relativity Space" ýaly kompaniýalar aerokosmos böleklerini dizaýn etmek üçin 3D çap etmek tehnologiýasyny ulanýarlar.
“Nisbilik giňişligi” awiakosmos senagaty üçin 3D printer işläp düzýär
Aerokosmosda 3D çap tehnologiýasy
Indi olary tanyşdyranymyzdan soň, aerokosmos senagatynda ulanylýan dürli 3D çap tehnologiýalaryna has ýakyndan göz aýlalyň. Ilki bilen, metal goşundy önümçiliginiň, esasanam L-PBF-iň, bu ugurda iň köp ulanylýandygyny bellemeli. Bu proses lazer energiýasyny ulanyp, metal poroşogyny gatlak-gatlak birleşdirmegi öz içine alýar. Ol, esasanam, kiçi, çylşyrymly, takyk we özleşdirilen bölekleri öndürmek üçin amatlydyr. Aerokosmos öndürijileri hem metal simi ýa-da poroşogy goýmagy öz içine alýan we esasan özleşdirilen metal ýa-da keramik bölekleri abatlamak, örtmek ýa-da öndürmek üçin ulanylýan DED-den peýdalanyp bilerler.
Tersine, baglaýjy maddalaryň çüwdürilmegi, önümçilik tizligi we arzanlygy babatda peýdaly bolsa-da, ýokary öndürijilikli mehaniki bölekleri öndürmek üçin amatly däl, sebäbi ol gutarnykly önümiň önümçilik wagtyny artdyrýan gaýtadan işlemeden soňky güýçlendirme ädimlerini talap edýär. Ekstruzion tehnologiýa kosmos gurşawynda hem netijelidir. Ähli polimerleriň kosmosda ulanmak üçin amatly däldigini, ýöne PEEK ýaly ýokary öndürijilikli plastikleriň berkligi sebäpli käbir metal bölekleriň ornuny tutup biljekdigini bellemeli. Şeýle-de bolsa, bu 3D çap etmek prosesi henizem giňden ýaýran däl, ýöne täze materiallary ulanmak arkaly kosmosy öwrenmek üçin gymmatly serişde bolup biler.
Lazerli poroşokly gatlakly füzýon (L-PBF) aerokosmos üçin 3D çap etmekde giňden ulanylýan tehnologiýadyr.
Kosmos materiallarynyň potensialy
Aerokosmos senagaty 3D çap etmek arkaly täze materiallary öwrenýär we bazary bozup biljek innowasion alternatiwalary teklip edýär. Titan, alýumin we nikel-hrom erginleri ýaly metallar hemişe esasy üns merkezinde bolsa-da, täze material tiz wagtda üns merkezinde bolup biler: aý regoliti. Aý regoliti Aýy örtýän tozan gatlagydyr we ESA ony 3D çap etmek bilen birleşdirmegiň peýdasyny görkezdi. ESA-nyň uly önümçilik inženeri Adwenit Makaya aý regolitini betona meňzeş, esasan kremniýden we demir, magniý, alýumin we kislorod ýaly beýleki himiki elementlerden ybarat diýip häsiýetlendirýär. ESA hakyky aý tozanyna meňzeş häsiýetlere eýe bolan simulýasiýa edilen aý regolitini ulanyp, wintler we dişliler ýaly kiçi funksional bölekleri öndürmek üçin Lithoz bilen hyzmatdaşlyk etdi.
Aý regolitini öndürmekde ulanylýan prosesleriň köpüsi ýylylygy ulanýar, bu bolsa ony SLS we poroşok baglaýjy çap çözgütleri ýaly tehnologiýalar bilen utgaşykly edýär. ESA şeýle hem magniý hloridi materiallar bilen garyşdyryp we ony simulýasiýa edilen nusgada tapylan magniý oksidi bilen birleşdirip, gaty bölekleri öndürmek maksady bilen D-Şekil tehnologiýasyny ulanýar. Bu aý materialynyň möhüm artykmaçlyklarynyň biri onuň has inçe çap çözgüdi bolup, bölekleri iň ýokary takyklyk bilen öndürmäge mümkinçilik berýär. Bu aýratynlyk geljekki Aý bazalary üçin ulanylyşlaryň we komponentleriň görnüşlerini giňeltmekde esasy baýlyga öwrülip biler.
Aý Regoliti hemme ýerde
Şeýle hem Marsda tapylan ýerasty materiallara degişli Mars regoliti bar. Häzirki wagtda halkara kosmos agentlikleri bu materialy gaýtadan işläp bilmeýärler, ýöne bu alymlaryň käbir aerokosmik taslamalarda onuň mümkinçiliklerini öwrenmegine päsgel bermedi. Barlagçylar bu materialyň simulýasiýa edilen nusgalaryny ulanýarlar we ony titan garyndysy bilen birleşdirip, gurallary ýa-da raketa böleklerini öndürýärler. Ilkinji netijeler bu materialyň has ýokary berklik berjekdigini we enjamlary poslamadan we radiasiýa zyýanyndan gorajakdygyny görkezýär. Bu iki materialyň meňzeş häsiýetleri bolsa-da, Aý regoliti henizem iň köp synagdan geçirilen materialdyr. Başga bir artykmaçlyk, bu materiallaryň Ýerden çig mal daşamagyň zerurlygy bolmazdan ýerinde öndürilip bilinmegidir. Mundan başga-da, regolit tükeniksiz material çeşmesidir we ýetmezçiligiň öňüni almaga kömek edýär.
Aerokosmos senagatynda 3D çap tehnologiýasynyň ulanylyşy
Aerokosmos senagatynda 3D çap etmek tehnologiýasynyň ulanylyşy ulanylýan anyk prosese baglylykda üýtgeýär. Mysal üçin, lazer poroşok gatlaklarynyň birleşmesi (L-PBF) gurallar ulgamlary ýa-da kosmos ätiýaçlyk şaýlary ýaly çylşyrymly gysga möhletli bölekleri öndürmek üçin ulanylyp bilner. Kaliforniýada ýerleşýän Launcher startapy, E-2 suwuk raketa hereketlendirijisini kämilleşdirmek üçin Velo3D-niň sapfir-metal 3D çap etmek tehnologiýasyny ulandy. Öndürijiniň prosesi LOX-y (suwuk kislorod) tizleşdirmekde we ýanma kamerasyna getirmekde möhüm rol oýnaýan induksiýa turbinasyny döretmek üçin ulanyldy. Turbina we sensor 3D çap etmek tehnologiýasy arkaly çap edildi we soňra ýygnaldy. Bu innowasion bölek raketa has uly suwuklyk akymyny we has uly itekleýji güýji üpjün edýär, bu bolsa ony hereketlendirijiniň möhüm bölegine öwürýär.
“Velo3D” kompaniýasy E-2 suwuk raketa hereketlendirijisini öndürmekde PBF tehnologiýasynyň ulanylmagyna goşant goşdy.
Goşundy önümçiliginiň giň ulanylyş ugurlary bar, şol sanda kiçi we uly gurluşlaryň önümçiligi. Mysal üçin, "Relativity Space"-iň "Stargate" çözgüdi ýaly 3D çap tehnologiýalary raketa ýangyç baklary we perwanalaryň pyçaklary ýaly uly bölekleri öndürmek üçin ulanylyp bilner. "Relativity Space" muny birnäçe metr uzynlykdaky ýangyç bakyny öz içine alýan, diýen ýaly doly 3D çap edilen raketa bolan "Terran 1"-iň üstünlikli önümçiligi arkaly subut etdi. Onuň 2023-nji ýylyň 23-nji martynda ilkinji gezek uçurylmagy goşundy önümçilik prosesleriniň netijeliligini we ygtybarlylygyny görkezdi.
Ekstruzion esasly 3D çap tehnologiýasy PEEK ýaly ýokary öndürijilikli materiallary ulanyp, bölekleri öndürmäge hem mümkinçilik berýär. Bu termoplastikden ýasalan bölekler eýýäm kosmosda synagdan geçirildi we BAE-niň Aý missiýasynyň bir bölegi hökmünde Raşid rowerine ýerleşdirildi. Bu synagyň maksady PEEK-iň aýyň ekstremal şertlerine garşylygyny bahalandyrmakdy. Eger üstünlikli bolsa, PEEK metal bölekleri döwülýän ýa-da materiallaryň ýetmezçilik edýän ýagdaýlarynda metal böleklerini çalşyp biler. Mundan başga-da, PEEK-iň ýeňil häsiýetleri kosmosy öwrenmekde gymmatly bolup biler.
3D çap etmek tehnologiýasy awiakosmos senagaty üçin dürli bölekleri öndürmek üçin ulanylyp bilner.
Aerokosmos senagatynda 3D çap etmegiň artykmaçlyklary
Aerokosmos senagatynda 3D çap etmegiň artykmaçlyklary, däp bolan gurluşyk tehnikalary bilen deňeşdirilende, bölekleriň soňky görnüşiniň gowulanmagyny öz içine alýar. Awstriýanyň 3D printer öndürijisi "Lithoz" kompaniýasynyň baş direktory Ýohannes Homa "bu tehnologiýa bölekleri has ýeňilleşdirýär" diýip belledi. Dizaýn azatlygy sebäpli 3D çap edilen önümler has netijeli we az serişde talap edýär. Bu bolsa, bölekleriň önümçiliginiň daşky gurşawa täsirine oňyn täsir edýär. "Relativity Space" goşmaça önümçiligiň kosmos gämisini öndürmek üçin zerur bolan bölekleriň sanyny ep-esli azaltmaga mümkinçilik berýändigini görkezdi. "Terran 1" raketasy üçin 100 bölek tygşytlandy. Mundan başga-da, bu tehnologiýanyň önümçilik tizliginde uly artykmaçlyklary bar, raketa 60 günden az wagtda tamamlanýar. Tersine, däp bolan usullary ulanyp raketa öndürmek birnäçe ýyl dowam edip biler.
Serişdeleri dolandyrmak babatda 3D çap etmek materiallary tygşytlap biler we käbir ýagdaýlarda hatda galyndylary gaýtadan işlemäge hem mümkinçilik berýär. Ahyrsoňy, goşmaça önümçilik raketalaryň göteriliş agramyny azaltmak üçin gymmatly serişde bolup biler. Maksat, regolit ýaly ýerli materiallaryň ulanylmagyny iň ýokary derejä çykarmak we kosmos gämileriniň içinde materiallaryň daşalmagyny azaltmakdyr. Bu bolsa, diňe 3D printeri götermäge mümkinçilik berýär, ol syýahatdan soň ähli zady ýerinde döredip biler.
“Made in Space” kompaniýasy synag üçin eýýäm 3D printerleriniň birini kosmosa iberdi.
Kosmosda 3D çap etmegiň çäklendirmeleri
3D çap etmegiň köp artykmaçlyklary bar bolsa-da, bu tehnologiýa henizem täze we çäklendirmeleri bar. Adwenit Makaya şeýle diýdi: "Aerokosmos senagatynda goşmaça önümçiligiň esasy meseleleriniň biri prosesiň gözegçiligi we tassyklamagydyr". Öndürijiler barlaghana girip, tassyklamadan öň her bir bölegiň berkligini, ygtybarlylygyny we mikrogurluşyny barlap bilerler, bu bolsa zyýansyz synag (NDT) diýlip atlandyrylýan prosesdir. Şeýle-de bolsa, bu hem wagt talap edýän, hem-de gymmat bolup biler, şonuň üçin esasy maksat bu synaglara zerurlygy azaltmakdyr. NASA ýakynda bu meseläni çözmek üçin goşmaça önümçilik arkaly öndürilen metal böleklerini çalt sertifikatlaşdyrmaga gönükdirilen merkez döretdi. Merkez önümleriň kompýuter modellerini kämilleşdirmek üçin sanly ekizleri ulanmagy maksat edinýär, bu bolsa inženerlere bölekleriň işini we çäklendirmelerini, şol sanda döwülmezden öň näçe basyşa çydap biljekdigini has gowy düşünmäge kömek eder. Şeýlelik bilen, merkez aerokosmos senagatynda 3D çap etmegiň ulanylyşyny ösdürmäge we ony däp bolan önümçilik usullary bilen bäsleşmekde has netijeli etmäge umyt edýär.
Bu komponentler ygtybarlylyk we berklik babatda giňişleýin synagdan geçirildi.
Beýleki tarapdan, önümçilik kosmosda amala aşyrylanda, barlag prosesi başgaça bolýar. ESA-nyň Adwenit Makaya şeýle düşündirýär: "Çap etmek wagtynda bölekleri seljermegi öz içine alýan usul bar". Bu usul haýsy çap edilen önümleriň amatlydygyny we haýsylarynyň amatly däldigini kesgitlemäge kömek edýär. Mundan başga-da, kosmos üçin niýetlenen 3D printerler üçin öz-özüni düzedýän ulgam bar we ol metal maşynlarda synagdan geçirilýär. Bu ulgam önümçilik prosesinde mümkin bolan ýalňyşlyklary anyklap we bölekdäki islendik kemçilikleri düzetmek üçin parametrlerini awtomatiki usulda üýtgedip bilýär. Bu iki ulgamyň kosmosda çap edilen önümleriň ygtybarlylygyny ýokarlandyrmagyna garaşylýar.
3D çap etmek çözgütlerini tassyklamak üçin NASA we ESA standartlary döretdiler. Bu standartlar bölekleriň ygtybarlylygyny kesgitlemek üçin birnäçe synaglary öz içine alýar. Olar poroşok gatlaklarynyň birleşme tehnologiýasyny göz öňünde tutýarlar we olary beýleki prosesler üçin täzeleýärler. Şeýle-de bolsa, materiallar senagatyndaky Arkema, BASF, Dupont we Sabic ýaly köp sanly esasy oýunçylar hem bu yzarlaýjylygy üpjün edýärler.
Kosmosda ýaşamak?
3D çap etmek tehnologiýasynyň ösmegi bilen, biz Ýer ýüzünde bu tehnologiýany ulanyp, öý gurmak üçin köp sanly üstünlikli taslamalaryň bardygyny gördük. Bu bizi bu prosesiň ýakyn ýa-da uzak geljekde kosmosda ýaşamaga ýaramly desgalary gurmak üçin ulanylyp biljekdigi barada pikirlenmäge mejbur edýär. Häzirki wagtda kosmosda ýaşamak mümkin däl bolsa-da, öýleri, esasanam Aýda gurmak kosmonawtlara kosmos missiýalaryny ýerine ýetirmekde peýdaly bolup biler. Ýewropa Kosmos Agentliginiň (ESA) maksady, kosmonawtlary radiasiýadan goramak üçin diwarlar ýa-da kerpiçler gurmak üçin ulanylyp bilinýän Aý regolitini ulanyp, Aýda gümmez gurmakdyr. ESA-dan Adwenit Makayanyň aýtmagyna görä, Aý regoliti takmynan 60% metaldan we 40% kisloroddan ybarat we kosmonawtlaryň ýaşamagy üçin möhüm materialdyr, sebäbi bu materialdan alynsa, ol çäksiz kislorod çeşmesini üpjün edip biler.
NASA Aýyň ýüzünde gurluşlary gurmak üçin 3D çap ulgamyny işläp düzmek üçin ICON-a 57,2 million dollar grant berdi we şeýle hem kompaniýa bilen Mars Dune Alpha ýaşaýyş jaýyny döretmek üçin hyzmatdaşlyk edýär. Maksat, meýletinçileriň bir ýyllap ýaşaýyş jaýynda ýaşamagy we Gyzyl planetadaky şertleri simulýasiýa etmegi arkaly Marsdaky ýaşaýyş şertlerini synagdan geçirmekdir. Bu tagallalar Aýda we Marsda 3D çap edilen gurluşlary gönüden-göni gurmak üçin möhüm ädimleri görkezýär, bu bolsa ahyrsoňy adamyň kosmos kolonizasiýasyna ýol açyp biler.
Uzak geljekde bu jaýlar kosmosda ýaşaýşyň dowam etmegine mümkinçilik döredip biler.
Ýerleşdirilen wagty: 2023-nji ýylyň 14-nji iýuny
