Ón 20ú haois i leith, tá an cine daonna faoi dhraíocht ag iniúchadh an spáis agus ag tuiscint a fháil ar a bhfuil taobh amuigh den Domhan. Tá eagraíochtaí móra ar nós NASA agus ESA i gceannas ar iniúchadh spáis, agus is imreoir tábhachtach eile sa choncas seo priontáil 3D. Leis an gcumas páirteanna casta a tháirgeadh go tapa ar chostas íseal, tá an teicneolaíocht dearaidh seo ag éirí níos coitianta i gcuideachtaí. Cuireann sé ar chumas go leor feidhmchlár a chruthú, amhail satailítí, culaith spáis, agus comhpháirteanna roicéad. Déanta na fírinne, de réir SmarTech, meastar go sroichfidh luach margaidh na déantúsaíochta breiseáin sa tionscal spáis phríobháidigh €2.1 billiún faoi 2026. Ardaíonn sé seo an cheist: Conas is féidir le priontáil 3D cabhrú le daoine barr feabhais a bhaint amach sa spás?
Ar dtús, úsáideadh priontáil 3D den chuid is mó le haghaidh fréamhshamáirí tapa sna tionscail leighis, feithicleach agus aeraspáis. Mar sin féin, de réir mar a tháinig an teicneolaíocht chun cinn níos forleithne, tá sí á húsáid níos mó agus níos mó le haghaidh comhpháirteanna críochnúla. A bhuí le teicneolaíocht déantúsaíochta breiseán miotail, go háirithe L-PBF, is féidir réimse miotal a tháirgeadh a bhfuil tréithe agus marthanacht oiriúnach acu do dhálaí spáis foircneacha. Úsáidtear teicneolaíochtaí priontála 3D eile, amhail DED, scairdeadh ceanglóra, agus próiseas easbhrúite, i monarú comhpháirteanna aeraspáis freisin. Le blianta beaga anuas, tá samhlacha gnó nua tagtha chun cinn, agus cuideachtaí ar nós Made in Space agus Relativity Space ag baint úsáide as teicneolaíocht priontála 3D chun comhpháirteanna aeraspáis a dhearadh.
Spás Coibhneasachta ag forbairt printéir 3D don tionscal aeraspáis
Teicneolaíocht priontála 3D san aeraspás
Anois agus iad tugtha isteach againn, déanaimis breathnú níos géire ar na teicneolaíochtaí priontála 3T éagsúla a úsáidtear sa tionscal aeraspáis. Ar dtús, ba chóir a thabhairt faoi deara gurb é monarú breiseán miotail, go háirithe L-PBF, an ceann is forleithne a úsáidtear sa réimse seo. Baineann an próiseas seo le fuinneamh léasair a úsáid chun púdar miotail a chomhleá ciseal ar chiseal. Tá sé oiriúnach go háirithe chun páirteanna beaga, casta, beachta agus saincheaptha a tháirgeadh. Is féidir le monaróirí aeraspáis leas a bhaint as DED freisin, lena n-áirítear sreang nó púdar miotail a thaisceadh agus a úsáidtear go príomha chun páirteanna miotail nó ceirmeacha saincheaptha a dheisiú, a sciathú nó a tháirgeadh.
I gcodarsnacht leis sin, cé go bhfuil buntáistí ag baint le scairdeadh ceanglóra i dtéarmaí luas táirgthe agus costas íseal, níl sé oiriúnach chun páirteanna meicniúla ardfheidhmíochta a tháirgeadh toisc go n-éilíonn sé céimeanna neartaithe iarphróiseála a mhéadaíonn am monaraíochta an táirge deiridh. Tá teicneolaíocht easbhrúite éifeachtach sa timpeallacht spáis freisin. Ba chóir a thabhairt faoi deara nach bhfuil gach polaiméir oiriúnach lena úsáid sa spás, ach is féidir le plaistigh ardfheidhmíochta amhail PEEK roinnt páirteanna miotail a athsholáthar mar gheall ar a neart. Mar sin féin, níl an próiseas priontála 3D seo an-fhorleathan fós, ach is féidir leis a bheith ina shócmhainn luachmhar le haghaidh taiscéalaíochta spáis trí ábhair nua a úsáid.
Is teicneolaíocht a úsáidtear go forleathan í Comhleá Leaba Púdair Léasair (L-PBF) i bpriontáil 3D don aeraspás.
Acmhainneacht Ábhar Spáis
Tá an tionscal aeraspáis ag fiosrú ábhar nua trí phriontáil 3T, ag moladh roghanna malartacha nuálacha a d'fhéadfadh cur isteach ar an margadh. Cé gur dhírigh miotail ar nós tíotáiniam, alúmanam, agus cóimhiotail nicil-cróimiam i gcónaí, d'fhéadfadh ábhar nua aird a tharraingt go luath: regolit gealaí. Is ciseal deannaigh é regolit gealaí a chlúdaíonn an ghealach, agus tá na buntáistí a bhaineann le priontáil 3T léirithe ag ESA. Déanann Advenit Makaya, innealtóir sinsearach déantúsaíochta ag ESA, cur síos ar regolit gealaí mar rud atá cosúil le coincréit, atá comhdhéanta den chuid is mó de shileacan agus dúile ceimiceacha eile ar nós iarann, maignéisiam, alúmanam, agus ocsaigin. Tá ESA i gcomhpháirtíocht le Lithoz chun páirteanna beaga feidhmiúla ar nós scriúnna agus giaranna a tháirgeadh ag baint úsáide as regolit gealaí insamhalta a bhfuil airíonna cosúil le deannach gealaí fíor acu.
Úsáideann formhór na bpróiseas a bhaineann le monarú regolith gealaí teas, rud a fhágann go bhfuil sé comhoiriúnach le teicneolaíochtaí ar nós SLS agus réitigh priontála nasctha púdair. Tá teicneolaíocht D-Shape á húsáid ag ESA freisin leis an sprioc páirteanna soladacha a tháirgeadh trí chlóiríd mhaignéisiam a mheascadh le hábhair agus é a chomhcheangal le hocsaíd mhaignéisiam a fhaightear san eiseamal insamhalta. Ceann de na buntáistí suntasacha a bhaineann leis an ábhar gealaí seo ná a réiteach priontála níos míne, rud a chuireann ar a chumas páirteanna a tháirgeadh leis an gcruinneas is airde. D’fhéadfadh an ghné seo a bheith ina príomhshócmhainn chun raon feidhme agus comhpháirteanna monaraíochta a leathnú do bhunáiteanna gealaí amach anseo.
Tá Regolith na Gealaí i ngach áit
Tá regolith Mars ann freisin, ag tagairt d'ábhar faoi thalamh a fhaightear ar Mhars. Faoi láthair, ní féidir le gníomhaireachtaí spáis idirnáisiúnta an t-ábhar seo a aisghabháil, ach níor chuir sé seo stop le heolaithe a chumas a thaighde i dtionscadail aeraspáis áirithe. Tá taighdeoirí ag baint úsáide as eiseamail insamhlaithe den ábhar seo agus tá siad á chomhcheangal le cóimhiotal tíotáiniam chun uirlisí nó comhpháirteanna roicéad a tháirgeadh. Léiríonn torthaí tosaigh go soláthróidh an t-ábhar seo neart níos airde agus go gcosnóidh sé trealamh ó mheirge agus ó dhamáiste radaíochta. Cé go bhfuil airíonna comhchosúla ag an dá ábhar seo, is é regolith gealaí an t-ábhar is mó a tástáladh fós. Buntáiste eile is ea gur féidir na hábhair seo a mhonarú ar an láthair gan an gá le hamhábhair a iompar ón Domhan. Ina theannta sin, is foinse ábhair gan teorainn é regolith, rud a chabhraíonn le ganntanas a chosc.
Feidhmeanna na teicneolaíochta priontála 3D sa tionscal aeraspáis
Féadfaidh feidhmeanna na teicneolaíochta priontála 3T sa tionscal aeraspáis a bheith éagsúil ag brath ar an bpróiseas sonrach a úsáidtear. Mar shampla, is féidir comhleá leaba púdair léasair (L-PBF) a úsáid chun páirteanna gearrthéarmacha casta a mhonarú, amhail córais uirlisí nó páirteanna spártha spáis. Bhain Launcher, gnólacht nuathionscanta atá lonnaithe i California, úsáid as teicneolaíocht priontála 3T miotail saifír Velo3D chun a inneall roicéad leachtach E-2 a fheabhsú. Baineadh úsáid as próiseas an mhonaróra chun an tuirbín ionduchtaithe a chruthú, a bhfuil ról ríthábhachtach aige i luasghéarú agus i dtiomáint LOX (ocsaigin leachtach) isteach sa seomra dócháin. Priontáladh an tuirbín agus an braiteoir araon ag baint úsáide as teicneolaíocht priontála 3T agus ansin cuireadh le chéile iad. Soláthraíonn an chomhpháirt nuálach seo sreabhadh sreabhach níos mó agus brú níos mó don roicéad, rud a fhágann gur cuid riachtanach den inneall é.
Chuir Velo3D le húsáid theicneolaíocht PBF i ndéantúsaíocht inneall roicéad leachtach E-2.
Tá feidhmeanna leathana ag monarú breiseánach, lena n-áirítear táirgeadh struchtúr beag agus mór. Mar shampla, is féidir teicneolaíochtaí priontála 3D amhail réiteach Stargate Relativity Space a úsáid chun páirteanna móra amhail umair breosla roicéad agus lanna liáin a mhonarú. Tá Relativity Space tar éis é seo a chruthú trí tháirgeadh rathúil an Terran 1, roicéad atá beagnach go hiomlán priontáilte go 3D, lena n-áirítear umar breosla roinnt méadar ar fhad. Léirigh a chéad lainseáil ar 23 Márta, 2023, éifeachtúlacht agus iontaofacht na bpróiseas monaraíochta breiseánach.
Leis an teicneolaíocht priontála 3D atá bunaithe ar easbhrúite, is féidir páirteanna a tháirgeadh ag baint úsáide as ábhair ardfheidhmíochta amhail PEEK. Tá comhpháirteanna déanta as an teirmeaplaisteach seo tástáilte sa spás cheana féin agus cuireadh ar an ródaire Rashid iad mar chuid de mhisean gealaí UAE. Ba é cuspóir na tástála seo friotaíocht PEEK in aghaidh dálaí foircneacha gealaí a mheas. Má éiríonn leis, d’fhéadfadh PEEK a bheith in ann páirteanna miotail a athsholáthar i gcásanna ina mbrisfidh páirteanna miotail nó ina bhfuil ábhair gann. Ina theannta sin, d’fhéadfadh airíonna éadroma PEEK a bheith luachmhar i dtaiscéalaíocht spáis.
Is féidir teicneolaíocht priontála 3D a úsáid chun réimse páirteanna a mhonarú don tionscal aeraspáis.
Buntáistí a bhaineann le priontáil 3D sa tionscal aeraspáis
I measc na mbuntáistí a bhaineann le priontáil 3T sa tionscal aeraspáis tá cuma chríochnaitheach fheabhsaithe na gcodanna i gcomparáid le teicnící tógála traidisiúnta. Dúirt Johannes Homa, POF an mhonaróra printéirí 3T Ostarach Lithoz, go "ndéanann an teicneolaíocht seo codanna níos éadroime." Mar gheall ar shaoirse dearaidh, tá táirgí priontáilte 3T níos éifeachtaí agus teastaíonn níos lú acmhainní uathu. Tá tionchar dearfach aige seo ar thionchar comhshaoil tháirgeadh codanna. Léirigh Relativity Space gur féidir le monarú breiseánach líon na gcomhpháirteanna a theastaíonn chun spásárthaí a mhonarú a laghdú go suntasach. I gcás roicéad Terran 1, sábháladh 100 cuid. Ina theannta sin, tá buntáistí suntasacha ag an teicneolaíocht seo i luas táirgthe, agus an roicéad críochnaithe i níos lú ná 60 lá. I gcodarsnacht leis sin, d'fhéadfadh sé roinnt blianta a thógáil roicéad a mhonarú ag baint úsáide as modhanna traidisiúnta.
Maidir le bainistíocht acmhainní, is féidir le priontáil 3D ábhair a shábháil agus, i gcásanna áirithe, fiú athchúrsáil dramhaíola a cheadú. Ar deireadh, d’fhéadfadh monarú breiseánach a bheith ina shócmhainn luachmhar chun meáchan éirí de thalamh roicéad a laghdú. Is é an sprioc úsáid ábhar áitiúil, amhail regolith, a uasmhéadú agus iompar ábhar laistigh de spásárthaí a íoslaghdú. Fágann sé seo gur féidir printéir 3D amháin a iompar, ar féidir leis gach rud a chruthú ar an láthair tar éis an turais.
Tá ceann dá gcuid printéirí 3D seolta ag Made in Space chuig an spás cheana féin le haghaidh tástála.
Teorainneacha na priontála 3D sa spás
Cé go bhfuil go leor buntáistí ag baint le priontáil 3T, tá an teicneolaíocht fós réasúnta nua agus tá teorainneacha léi. Dúirt Advenit Makaya, "Ceann de na príomhfhadhbanna le déantúsaíocht bhreiseánach sa tionscal aeraspáis ná rialú próisis agus bailíochtú." Is féidir le monaróirí dul isteach sa tsaotharlann agus neart, iontaofacht agus micreastruchtúr gach cuid a thástáil roimh bhailíochtú, próiseas ar a dtugtar tástáil neamh-millteach (NDT). Mar sin féin, is féidir leis seo a bheith an-tógtha le ham agus costasach araon, mar sin is é an sprioc deiridh ná an gá atá leis na tástálacha seo a laghdú. Bhunaigh NASA ionad le déanaí chun aghaidh a thabhairt ar an gceist seo, ag díriú ar dheimhniú tapa comhpháirteanna miotail a mhonaraítear trí mhonarú breiseánach. Tá sé mar aidhm ag an ionad cúpla digiteacha a úsáid chun samhlacha ríomhaireachta táirgí a fheabhsú, rud a chabhróidh le hinnealtóirí tuiscint níos fearr a fháil ar fheidhmíocht agus teorainneacha páirteanna, lena n-áirítear cé mhéad brú is féidir leo a sheasamh roimh bhriseadh. Tríd sin a dhéanamh, tá súil ag an ionad cabhrú le cur i bhfeidhm na priontála 3T sa tionscal aeraspáis a chur chun cinn, rud a fhágann go bhfuil sé níos éifeachtaí chun dul san iomaíocht le teicnící déantúsaíochta traidisiúnta.
Tá tástáil chuimsitheach iontaofachta agus neart déanta ar na comhpháirteanna seo.
Ar an láimh eile, bíonn an próiseas fíoraithe difriúil má dhéantar monarú sa spás. Míníonn Advenit Makaya ó ESA, "Tá teicníc ann a bhaineann le hanailísiú na gcodanna le linn priontála." Cuidíonn an modh seo le cinneadh a dhéanamh cé na táirgí clóite atá oiriúnach agus cé na cinn nach bhfuil. Ina theannta sin, tá córas féincheartúcháin ann do phrintéirí 3D atá beartaithe don spás agus atá á thástáil ar mheaisíní miotail. Is féidir leis an gcóras seo earráidí féideartha sa phróiseas monaraíochta a aithint agus a pharaiméadair a mhodhnú go huathoibríoch chun aon lochtanna sa chuid a cheartú. Táthar ag súil go bhfeabhsóidh an dá chóras seo iontaofacht táirgí clóite sa spás.
Chun réitigh priontála 3T a bhailíochtú, tá caighdeáin bunaithe ag NASA agus ESA. Áirítear leis na caighdeáin seo sraith tástálacha chun iontaofacht na gcodanna a chinneadh. Breithníonn siad teicneolaíocht chomhleá leaba púdair agus tá siad á nuashonrú le haghaidh próisis eile. Mar sin féin, soláthraíonn go leor imreoirí móra sa tionscal ábhar, amhail Arkema, BASF, Dupont, agus Sabic, an inrianaitheacht seo freisin.
Ag maireachtáil sa spás?
Le dul chun cinn na teicneolaíochta priontála 3T, tá go leor tionscadal rathúla feicthe againn ar Domhan a úsáideann an teicneolaíocht seo chun tithe a thógáil. Fágann sé seo go bhfuilimid ag smaoineamh an bhféadfaí an próiseas seo a úsáid go luath nó go hi bhfad i gcéin chun struchtúir ináitrithe a thógáil sa spás. Cé nach bhfuil cónaí sa spás réadúil faoi láthair, is féidir le tithe a thógáil, go háirithe ar an ngealach, a bheith tairbheach d'astronauts agus iad ag cur misin spáis i gcrích. Is é cuspóir Ghníomhaireacht Spáis na hEorpa (ESA) cruinneacháin a thógáil ar an ngealach ag baint úsáide as regolith gealaí, ar féidir a úsáid chun ballaí nó brící a thógáil chun spásairí a chosaint ar radaíocht. De réir Advenit Makaya ó ESA, tá regolith gealaí comhdhéanta de thart ar 60% miotail agus 40% ocsaigine agus is ábhar riachtanach é do mharthanas spásairí toisc gur féidir leis foinse gan teorainn ocsaigine a sholáthar má bhaintear as an ábhar seo é.
Bhronn NASA deontas $57.2 milliún ar ICON chun córas priontála 3T a fhorbairt chun struchtúir a thógáil ar dhromchla na gealaí agus tá siad ag comhoibriú leis an gcuideachta freisin chun gnáthóg Mars Dune Alpha a chruthú. Is é an sprioc ná dálaí maireachtála ar Mars a thástáil trí oibrithe deonacha a bheith ina gcónaí i ngnáthóg ar feadh bliana, ag insamhladh dálaí ar an bPláinéad Dearg. Is céimeanna ríthábhachtacha iad na hiarrachtaí seo i dtreo struchtúir phriontáilte 3T a thógáil go díreach ar an ngealach agus ar Mars, rud a d'fhéadfadh an bealach a réiteach do choilíniú spáis dhaonna sa deireadh.
I bhfad i gcéin, d'fhéadfadh na tithe seo cur ar chumas na beatha maireachtáil sa spás.
Am an phoist: 14 Meitheamh 2023
