20-ci əsrdən bəri bəşəriyyət kosmosu araşdırmaq və Yer kürəsinin o tayında nəyin olduğunu anlamaqla maraqlanır. NASA və ESA kimi böyük təşkilatlar kosmik tədqiqatların ön sıralarında olub və bu fəthdə digər mühüm rol oynayan 3D çapdır. Mürəkkəb hissələri aşağı qiymətə sürətlə istehsal etmək qabiliyyəti ilə bu dizayn texnologiyası şirkətlərdə getdikcə daha populyarlaşır. Bu, peyklər, skafandrlar və raket komponentləri kimi bir çox tətbiqin yaradılmasını mümkün edir. Əslində, SmarTech-ə görə, özəl kosmik sənaye əlavə istehsalının bazar dəyərinin 2026-cı ilə qədər 2,1 milyard avroya çatacağı gözlənilir. Bu, sual doğurur: 3D çap insanların kosmosda uğur qazanmasına necə kömək edə bilər?
Əvvəlcə 3D çap əsasən tibb, avtomobil və aerokosmik sənayesində sürətli prototipləmə üçün istifadə olunurdu. Lakin, texnologiya daha geniş yayıldıqca, son təyinatlı komponentlər üçün getdikcə daha çox istifadə olunur. Metal qatqı istehsal texnologiyası, xüsusən də L-PBF, ekstremal kosmik şərait üçün uyğun xüsusiyyətlərə və davamlılığa malik müxtəlif metalların istehsalına imkan vermişdir. Aerokosmik komponentlərin istehsalında DED, bağlayıcı jetting və ekstruziya prosesi kimi digər 3D çap texnologiyaları da istifadə olunur. Son illərdə Made in Space və Relativity Space kimi şirkətlər aerokosmik komponentləri dizayn etmək üçün 3D çap texnologiyasından istifadə edərək yeni biznes modelləri ortaya çıxmışdır.
Nisbilik Kosmosu aerokosmik sənayesi üçün 3D printer hazırlayır
Aerokosmik sahədə 3D çap texnologiyası
İndi onları təqdim etdikdən sonra, aerokosmik sənayesində istifadə olunan müxtəlif 3D çap texnologiyalarına daha yaxından nəzər salaq. Əvvəlcə qeyd etmək lazımdır ki, metal qatqı istehsalı, xüsusən də L-PBF, bu sahədə ən çox istifadə olunur. Bu proses lazer enerjisindən istifadə edərək metal tozunu təbəqə-təbəqə əritməyi əhatə edir. Xüsusilə kiçik, mürəkkəb, dəqiq və xüsusi hazırlanmış hissələrin istehsalı üçün əlverişlidir. Aerokosmik istehsalçıları həmçinin metal məftil və ya tozun çökdürülməsini əhatə edən və əsasən xüsusi hazırlanmış metal və ya keramika hissələrinin təmiri, örtülməsi və ya istehsalı üçün istifadə olunan DED-dən faydalana bilərlər.
Bunun əksinə olaraq, bağlayıcı jetləmə, istehsal sürəti və aşağı qiymət baxımından üstünlük təşkil etsə də, yüksək performanslı mexaniki hissələrin istehsalı üçün uyğun deyil, çünki son məhsulun istehsal müddətini artıran emal sonrası gücləndirmə addımlarını tələb edir. Ekstruziya texnologiyası kosmik mühitdə də təsirlidir. Qeyd etmək lazımdır ki, bütün polimerlər kosmosda istifadə üçün uyğun deyil, lakin PEEK kimi yüksək performanslı plastiklər möhkəmliyinə görə bəzi metal hissələri əvəz edə bilər. Lakin, bu 3D çap prosesi hələ də çox geniş yayılmayıb, lakin yeni materiallardan istifadə etməklə kosmik tədqiqatlar üçün dəyərli bir aktivə çevrilə bilər.
Lazer Pudra Yatağı Füzyonu (L-PBF) aerokosmik sənayedə 3D çapda geniş istifadə olunan bir texnologiyadır.
Kosmik Materialların Potensialı
Aerokosmik sənayesi 3D çap vasitəsilə yeni materialları araşdırır və bazarı poza biləcək innovativ alternativlər təklif edir. Titan, alüminium və nikel-xrom ərintiləri kimi metallar həmişə əsas diqqət mərkəzində olsa da, tezliklə yeni bir material diqqəti cəlb edə bilər: Ay reqoliti. Ay reqoliti ayı örtən toz təbəqəsidir və ESA onu 3D çapla birləşdirməyin faydalarını nümayiş etdirib. ESA-nın baş istehsal mühəndisi Advenit Makaya, ay reqolitini əsasən silikon və dəmir, maqnezium, alüminium və oksigen kimi digər kimyəvi elementlərdən ibarət betona bənzər bir şey kimi təsvir edir. ESA, əsl ay tozuna bənzər xüsusiyyətlərə malik simulyasiya edilmiş ay reqolitindən istifadə edərək vintlər və dişli çarxlar kimi kiçik funksional hissələr istehsal etmək üçün Lithoz ilə tərəfdaşlıq edir.
Ay reqolitinin istehsalında iştirak edən proseslərin əksəriyyəti istilikdən istifadə edir və bu da onu SLS və toz yapışdırma çap həlləri kimi texnologiyalarla uyğunlaşdırır. ESA həmçinin maqnezium xloridini materiallarla qarışdırmaqla və onu simulyasiya edilmiş nümunədə tapılan maqnezium oksidi ilə birləşdirməklə bərk hissələr istehsal etmək məqsədi ilə D-Shape texnologiyasından istifadə edir. Bu ay materialının əhəmiyyətli üstünlüklərindən biri onun daha incə çap qətnaməsidir ki, bu da hissələri ən yüksək dəqiqliklə istehsal etməyə imkan verir. Bu xüsusiyyət gələcək ay bazaları üçün tətbiq dairəsinin genişləndirilməsində və komponentlərin istehsalında əsas aktiv ola bilər.
Aysal Regolith Hər Yerdədir
Marsda tapılan yeraltı materiala aid olan Mars reqoliti də mövcuddur. Hazırda beynəlxalq kosmik agentliklər bu materialı bərpa edə bilmirlər, lakin bu, alimlərin müəyyən aerokosmik layihələrdə onun potensialını araşdırmasına mane olmayıb. Tədqiqatçılar bu materialın simulyasiya edilmiş nümunələrindən istifadə edir və alətlər və ya raket komponentləri istehsal etmək üçün onu titan ərintisi ilə birləşdirirlər. İlkin nəticələr göstərir ki, bu material daha yüksək möhkəmlik təmin edəcək və avadanlıqları paslanma və radiasiya zərərindən qoruyacaq. Bu iki material oxşar xüsusiyyətlərə malik olsa da, ay reqoliti hələ də ən çox sınaqdan keçirilmiş materialdır. Digər bir üstünlük isə bu materialların Yerdən xammal daşınmasına ehtiyac olmadan yerində istehsal edilə bilməsidir. Bundan əlavə, reqolit tükənməz bir material mənbəyidir və qıtlığın qarşısını almağa kömək edir.
Aerokosmik sənayedə 3D çap texnologiyasının tətbiqləri
Aerokosmik sənayedə 3D çap texnologiyasının tətbiqləri istifadə olunan spesifik prosesdən asılı olaraq dəyişə bilər. Məsələn, lazer toz yatağı əriməsi (L-PBF) alət sistemləri və ya kosmik ehtiyat hissələri kimi mürəkkəb qısamüddətli hissələrin istehsalı üçün istifadə edilə bilər. Kaliforniyada yerləşən startap olan Launcher, E-2 maye raket mühərrikini təkmilləşdirmək üçün Velo3D-nin sapfir-metal 3D çap texnologiyasından istifadə etdi. İstehsalçının prosesi LOX-un (maye oksigen) sürətləndirilməsində və yanma kamerasına daxil edilməsində mühüm rol oynayan induksiya turbininin yaradılması üçün istifadə edildi. Turbin və sensorun hər biri 3D çap texnologiyasından istifadə edilərək çap edildi və sonra yığıldı. Bu innovativ komponent raketə daha çox maye axını və daha çox itələmə təmin edir və bu da onu mühərrikin vacib bir hissəsinə çevirir.
Velo3D, E-2 maye raket mühərrikinin istehsalında PBF texnologiyasının istifadəsinə töhfə verdi.
Əlavə istehsalının geniş tətbiqləri var, o cümlədən kiçik və böyük konstruksiyaların istehsalı. Məsələn, Relativity Space-in Stargate həlli kimi 3D çap texnologiyaları raket yanacaq çənləri və pervanel bıçaqları kimi böyük hissələrin istehsalı üçün istifadə edilə bilər. Relativity Space bunu demək olar ki, tamamilə 3D çap olunmuş, bir neçə metr uzunluğunda yanacaq çəni də daxil olmaqla raket olan Terran 1-in uğurlu istehsalı ilə sübut etdi. Onun 23 mart 2023-cü ildə ilk buraxılışı əlavə istehsal proseslərinin səmərəliliyini və etibarlılığını nümayiş etdirdi.
Ekstruziya əsaslı 3D çap texnologiyası həmçinin PEEK kimi yüksək performanslı materiallardan istifadə edərək hissələrin istehsalına imkan verir. Bu termoplastikdən hazırlanmış komponentlər artıq kosmosda sınaqdan keçirilmiş və BƏƏ-nin Ay missiyasının bir hissəsi olaraq Rəşid roverinə yerləşdirilmişdir. Bu sınaqdan məqsəd PEEK-in ekstremal ay şəraitinə müqavimətini qiymətləndirmək idi. Uğurlu olarsa, PEEK metal hissələrin qırıldığı və ya materialların qıt olduğu hallarda metal hissələri əvəz edə bilər. Bundan əlavə, PEEK-in yüngül xüsusiyyətləri kosmik tədqiqatlarda dəyərli ola bilər.
3D çap texnologiyasından aerokosmik sənayesi üçün müxtəlif hissələrin istehsalında istifadə etmək olar.
Aerokosmik sənayedə 3D çapın üstünlükləri
Aerokosmik sənayedə 3D çapın üstünlükləri arasında ənənəvi tikinti texnikaları ilə müqayisədə hissələrin son görünüşünün yaxşılaşdırılması da var. Avstriyanın 3D printer istehsalçısı Lithoz şirkətinin baş direktoru Yohannes Homa bildirib ki, "bu texnologiya hissələri daha yüngül edir". Dizayn azadlığı sayəsində 3D çap məhsulları daha səmərəlidir və daha az resurs tələb edir. Bu, hissə istehsalının ətraf mühitə təsirinə müsbət təsir göstərir. Nisbilik Kosmosu göstərib ki, əlavə istehsalın kosmik gəmilərin istehsalı üçün tələb olunan komponentlərin sayını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. Terran 1 raketi üçün 100 hissə qənaət edilib. Bundan əlavə, bu texnologiya istehsal sürətində əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir, raket 60 gündən az müddətdə tamamlanır. Əksinə, ənənəvi metodlardan istifadə edərək raket istehsalı bir neçə il çəkə bilər.
Resursların idarə olunmasına gəldikdə, 3D çap materiallara qənaət edə və bəzi hallarda tullantıların təkrar emalına da imkan verə bilər. Nəhayət, əlavə istehsal raketlərin qalxma çəkisini azaltmaq üçün dəyərli bir aktivə çevrilə bilər. Məqsəd reqolit kimi yerli materialların istifadəsini maksimum dərəcədə artırmaq və kosmik gəmilərdə materialların daşınmasını minimuma endirməkdir. Bu, yalnız səyahətdən sonra hər şeyi yerində yarada bilən 3D printer daşımağı mümkün edir.
Made in Space şirkəti artıq 3D printerlərindən birini sınaq üçün kosmosa göndərib.
Kosmosda 3D çapın məhdudiyyətləri
3D çapın bir çox üstünlükləri olsa da, texnologiya hələ də nisbətən yenidir və məhdudiyyətlərə malikdir. Advenit Makaya bildirib ki, "Aerokosmik sənayedə aşqar istehsalının əsas problemlərindən biri prosesə nəzarət və validasiyadır". İstehsalçılar laboratoriyaya daxil olaraq hər bir hissənin möhkəmliyini, etibarlılığını və mikrostrukturunu validasiyadan əvvəl sınaqdan keçirə bilərlər. Bu proses dağıdıcı olmayan sınaq (NDT) adlanır. Lakin bu, həm vaxt aparan, həm də bahalı ola bilər, buna görə də əsas məqsəd bu sınaqlara ehtiyacı azaltmaqdır. NASA bu yaxınlarda bu məsələni həll etmək üçün aşqar istehsalı ilə istehsal olunan metal komponentlərin sürətli sertifikatlaşdırılmasına yönəlmiş bir mərkəz yaratdı. Mərkəz, mühəndislərə hissələrin performansını və məhdudiyyətlərini, o cümlədən sınıqdan əvvəl nə qədər təzyiqə tab gətirə biləcəklərini daha yaxşı başa düşməyə kömək edəcək məhsulların kompüter modellərini təkmilləşdirmək üçün rəqəmsal əkizlərdən istifadə etməyi hədəfləyir. Bunu etməklə, mərkəz aerokosmik sənayedə 3D çapın tətbiqini təşviq etməyə və ənənəvi istehsal üsulları ilə rəqabətdə daha təsirli olmağa ümid edir.
Bu komponentlər hərtərəfli etibarlılıq və möhkəmlik sınaqlarından keçib.
Digər tərəfdən, istehsal kosmosda aparılırsa, yoxlama prosesi fərqlidir. ESA-dan Advenit Makaya izah edir: "Çap zamanı hissələrin təhlilini əhatə edən bir texnika var." Bu metod hansı çap məhsullarının uyğun, hansılarının uyğun olmadığını müəyyən etməyə kömək edir. Bundan əlavə, kosmos üçün nəzərdə tutulmuş 3D printerlər üçün özünüdüzəliş sistemi mövcuddur və metal maşınlarda sınaqdan keçirilir. Bu sistem istehsal prosesindəki potensial səhvləri müəyyən edə və hissədəki hər hansı bir qüsuru düzəltmək üçün parametrlərini avtomatik olaraq dəyişdirə bilər. Bu iki sistemin kosmosda çap məhsullarının etibarlılığını artıracağı gözlənilir.
3D çap həllərinin təsdiqlənməsi üçün NASA və ESA standartlar müəyyən ediblər. Bu standartlara hissələrin etibarlılığını müəyyən etmək üçün bir sıra testlər daxildir. Onlar toz təbəqəsinin əridilməsi texnologiyasını nəzərdən keçirir və onları digər proseslər üçün yeniləyirlər. Bununla belə, Arkema, BASF, Dupont və Sabic kimi material sənayesindəki bir çox əsas oyunçular da bu izlənilə bilənliyi təmin edir.
Kosmosda yaşamaq?
3D çap texnologiyasının inkişafı ilə Yer kürəsində bu texnologiyadan istifadə edərək ev tikən bir çox uğurlu layihənin şahidi olduq. Bu, bizi bu prosesin yaxın və ya uzaq gələcəkdə kosmosda yaşayış üçün yararlı strukturlar tikmək üçün istifadə oluna biləcəyini düşünməyə vadar edir. Kosmosda yaşamaq hazırda qeyri-real olsa da, evlərin, xüsusən də Ayda tikilməsi astronavtların kosmik missiyaları yerinə yetirməsində faydalı ola bilər. Avropa Kosmik Agentliyinin (ESA) məqsədi astronavtları radiasiyadan qorumaq üçün divarlar və ya kərpiclər tikmək üçün istifadə edilə bilən Ay reqolitindən istifadə edərək Ayda günbəzlər tikməkdir. ESA-dan Advenit Makaya görə, Ay reqoliti təxminən 60% metaldan və 40% oksigendən ibarətdir və astronavtların yaşaması üçün vacib bir materialdır, çünki bu materialdan çıxarılarsa, sonsuz oksigen mənbəyi təmin edə bilər.
NASA, Ay səthində konstruksiyalar qurmaq üçün 3D çap sistemi hazırlamaq üçün ICON-a 57,2 milyon dollar qrant ayırıb və həmçinin Mars Dune Alpha yaşayış mühiti yaratmaq üçün şirkətlə əməkdaşlıq edir. Məqsəd, könüllülərin Qırmızı Planetdəki şəraiti simulyasiya edərək bir il ərzində yaşayış mühitində yaşamalarını təmin etməklə Marsdakı yaşayış şəraitini sınaqdan keçirməkdir. Bu səylər, nəticədə insanın kosmosda kolonizasiyasına yol aça biləcək Ayda və Marsda birbaşa 3D çap konstruksiyalarının qurulması istiqamətində atılan vacib addımları təmsil edir.
Uzaq gələcəkdə bu evlər həyatın kosmosda yaşamasına imkan verə bilər.
Yazı vaxtı: 14 iyun 2023
