20-ci əsrdən bəri insan övladı kosmosu araşdırmaq və Yerdən kənarda nə olduğunu anlamaqla valeh olub.NASA və ESA kimi böyük təşkilatlar kosmosun tədqiqində ön sıralarda olublar və bu fəthdə digər mühüm oyunçu 3D çapdır.Mürəkkəb hissələri aşağı qiymətə sürətlə istehsal etmək qabiliyyəti ilə bu dizayn texnologiyası şirkətlərdə getdikcə populyarlaşır.Bu, peyklər, skafandrlar və raket komponentləri kimi bir çox proqramların yaradılmasını mümkün edir.Əslində, SmarTech-ə görə, özəl kosmik sənaye aşqar istehsalının bazar dəyərinin 2026-cı ilə qədər 2,1 milyard avroya çatacağı gözlənilir. Bu, sual doğurur: 3D çap insanlara kosmosda üstün olmağa necə kömək edə bilər?
Başlanğıcda 3D çap əsasən tibb, avtomobil və aerokosmik sənayedə sürətli prototipləmə üçün istifadə olunurdu.Bununla belə, texnologiya daha geniş yayıldıqca, son təyinatlı komponentlər üçün getdikcə daha çox istifadə olunur.Metal aşqarların istehsalı texnologiyası, xüsusən də L-PBF ekstremal kosmik şəraitə uyğun xüsusiyyətlərə və davamlılığa malik müxtəlif metalların istehsalına imkan verdi.Aerokosmik komponentlərin istehsalında DED, bağlayıcı püskürtmə və ekstruziya prosesi kimi digər 3D çap texnologiyalarından da istifadə olunur.Son illərdə Made in Space və Relativity Space kimi şirkətlər aerokosmik komponentlərin dizaynı üçün 3D çap texnologiyasından istifadə edən yeni biznes modelləri ortaya çıxdı.
Relativity Space, aerokosmik sənaye üçün 3D printer hazırlayır
Aerokosmik 3D çap texnologiyası
İndi biz onları təqdim etdikdən sonra aerokosmik sənayedə istifadə edilən müxtəlif 3D çap texnologiyalarına daha yaxından nəzər salaq.Birincisi, qeyd etmək lazımdır ki, metal aşqarların istehsalı, xüsusən də L-PBF bu sahədə ən çox istifadə olunur.Bu proses metal toz qatını qat-qat əritmək üçün lazer enerjisindən istifadə etməyi nəzərdə tutur.Xüsusilə kiçik, mürəkkəb, dəqiq və fərdiləşdirilmiş hissələrin istehsalı üçün uyğundur.Aerokosmik istehsalçılar həmçinin metal məftil və ya tozun yığılmasını nəzərdə tutan və əsasən təmir, örtük və ya fərdiləşdirilmiş metal və ya keramika hissələrin istehsalı üçün istifadə edilən DED-dən faydalana bilərlər.
Bunun əksinə olaraq, bağlayıcı püskürtmə, istehsal sürəti və aşağı qiymət baxımından sərfəli olsa da, 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 öz möhkəmliyinə görə bəzi metal hissələri əvəz edə bilir.Bununla belə, bu 3D çap prosesi hələ də çox geniş yayılmayıb, lakin yeni materiallardan istifadə etməklə kosmosun tədqiqi üçün qiymətli bir aktivə çevrilə bilər.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) aerokosmik üçün 3D çapda geniş istifadə olunan texnologiyadır.
Kosmik materialların potensialı
Aerokosmik sənaye 3D çap vasitəsilə yeni materialları araşdırır, bazarı poza biləcək innovativ alternativlər təklif edir.Titan, alüminium və nikel-xrom ərintiləri kimi metallar həmişə əsas diqqət mərkəzində olsa da, yeni bir material tezliklə diqqəti cəlb edə bilər: Ay reqoliti.Ay reqoliti ayı örtən toz təbəqəsidir və ESA onu 3D çap ilə birləşdirməyin faydalarını nümayiş etdirib.ESA-nın baş istehsalat mühəndisi Advenit Makaya Ay reqolitini betona bənzəyən, əsasən silikondan və dəmir, maqnezium, alüminium və oksigen kimi digər kimyəvi elementlərdən ibarət kimi təsvir edir.ESA real ay tozuna bənzər xüsusiyyətlərə malik simulyasiya edilmiş ay reqolitindən istifadə edərək vintlər və dişlilər kimi kiçik funksional hissələri istehsal etmək üçün Lithoz ilə əməkdaşlıq edir.
Ay reqolitinin istehsalında iştirak edən proseslərin əksəriyyəti istilikdən istifadə edərək onu SLS və toz birləşdirici çap həlləri kimi texnologiyalarla uyğunlaşdırır.ESA həmçinin D-Shape texnologiyasından istifadə edərək maqnezium xloridini materiallarla qarışdıraraq və onu simulyasiya edilmiş nümunədə tapılan maqnezium oksidi ilə birləşdirərək bərk hissələr istehsal edir.Bu ay materialının əhəmiyyətli üstünlüklərindən biri onun ən yüksək dəqiqliklə hissələri istehsal etməyə imkan verən daha incə çap ayırdetmə qabiliyyətidir.Bu xüsusiyyət gələcək Ay bazaları üçün tətbiqlər və istehsal komponentlərinin çeşidini genişləndirmək üçün əsas aktiv ola bilər.
Ay Regoliti hər yerdədir
Marsda tapılan yeraltı materiala istinad edən Mars reqoliti də var.Hazırda beynəlxalq kosmik agentliklər bu materialı bərpa edə bilmirlər, lakin bu, alimlərin müəyyən aerokosmik layihələrində onun potensialını araşdırmalarına 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 güc təmin edəcək və avadanlığı paslanma və radiasiya zədələrindən qoruyacaq.Bu iki material oxşar xüsusiyyətlərə malik olsa da, Ay reqolitləri hələ də ən çox sınaqdan keçmiş materialdır.Digər üstünlük ondan ibarətdir ki, bu materiallar Yerdən xammalın daşınmasına ehtiyac olmadan öz yerində istehsal oluna bilər.Bundan əlavə, reqolit tükənməz maddi mənbədir, qıtlığın qarşısını almağa kömək edir.
Aerokosmik sənayedə 3D çap texnologiyasının tətbiqi
Aerokosmik sənayedə 3D çap texnologiyasının tətbiqləri istifadə olunan xüsusi prosesdən asılı olaraq dəyişə bilər.Məsələn, lazer toz yatağı füzyonu (L-PBF) alət sistemləri və ya kosmik ehtiyat hissələri kimi mürəkkəb qısamüddətli hissələrin istehsalı üçün istifadə edilə bilər.Kaliforniyada yerləşən “Launcher” startapı E-2 maye raket mühərrikini təkmilləşdirmək üçün Velo3D-nin sapfir-metal 3D çap texnologiyasından istifadə edib.Yanma kamerasına LOX-un (maye oksigenin) sürətləndirilməsində və sürülməsində həlledici rol oynayan induksiya turbininin yaradılması üçün istehsalçının prosesindən istifadə edilmişdir.Turbin və sensorun hər biri 3D çap texnologiyasından istifadə etməklə çap edilib və sonra yığılıb.Bu yenilikçi komponent raketi daha çox maye axını və daha çox itələmə ilə təmin edir və onu mühərrikin vacib hissəsinə çevirir.
Velo3D, E-2 maye raket mühərrikinin istehsalında PBF texnologiyasının istifadəsinə töhfə verdi.
Əlavə istehsalı kiçik və böyük strukturların istehsalı da daxil olmaqla geniş tətbiqlərə malikdir.Məsələn, Relativity Space-in Stargate həlli kimi 3D çap texnologiyaları raket yanacaq çənləri və pervane qanadları kimi böyük hissələrin istehsalı üçün istifadə edilə bilər.Nisbilik Kosmosu bunu bir neçə metr uzunluğunda yanacaq çəni də daxil olmaqla, demək olar ki, tamamilə 3D çap edilmiş raket olan Terran 1-in uğurlu istehsalı ilə sübut etdi.Onun ilk buraxılışı 23 mart 2023-cü ildə aşqarların istehsalı proseslərinin səmərəliliyini və etibarlılığını nümayiş etdirdi.
Ekstruziya əsaslı 3D çap texnologiyası həmçinin PEEK kimi yüksək məhsuldar materiallardan istifadə edərək hissələrin istehsalına imkan verir.Bu termoplastikdən hazırlanmış komponentlər artıq kosmosda sınaqdan keçirilib və BƏƏ-nin Ay missiyasının bir hissəsi kimi Rəşid roverinə yerləşdirilib.Bu testin məqsədi PEEK-in ekstremal Ay şəraitinə müqavimətini qiymətləndirmək idi.Uğurlu olarsa, PEEK metal hissələrin qırıldığı və ya materialların az olduğu hallarda metal hissələri əvəz edə bilər.Bundan əlavə, PEEK-in yüngül xassələri kosmosun tədqiqində dəyərli ola bilər.
3D çap texnologiyası aerokosmik sənaye üçün müxtəlif hissələrin istehsalı üçün istifadə edilə bilər.
Aerokosmik sənayedə 3D çapın üstünlükləri
Aerokosmik sənayedə 3D çapın üstünlükləri ənənəvi tikinti texnikası ilə müqayisədə hissələrin təkmilləşdirilmiş son görünüşünü əhatə edir.Avstriyanın 3D printer istehsalçısı Lithoz şirkətinin baş direktoru Yohannes Homa bildirib ki, “bu texnologiya hissələri yüngülləşdirir”.Dizayn azadlığına görə, 3D çap məhsulları daha səmərəlidir və daha az resurs tələb edir.Bu hissə istehsalının ətraf mühitə təsirinə müsbət təsir göstərir.Nisbilik Məkanı nümayiş etdirdi ki, əlavə istehsal kosmik gəmilərin istehsalı üçün tələb olunan komponentlərin sayını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.Terran 1 raketi üçün 100 hissə xilas edildi.Bundan əlavə, bu texnologiya istehsal sürətində əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir, raket 60 gündən az müddətdə tamamlanır.Əksinə, ənənəvi üsullarla raket istehsalı bir neçə il çəkə bilər.
Resursların idarə edilməsinə gəlincə, 3D çap materiallara qənaət edə bilər və bəzi hallarda hətta tullantıların təkrar emalına imkan verə bilər.Nəhayət, əlavə istehsal raketlərin uçuş çəkisini azaltmaq üçün dəyərli bir aktivə çevrilə bilər.Məqsəd reqolit kimi yerli materiallardan maksimum istifadə etmək və kosmik gəmilər içərisində materialların daşınmasını minimuma endirməkdir.Bu, səyahətdən sonra hər şeyi yerində yarada bilən yalnız 3D printeri daşımağa imkan verir.
Made in Space artıq sınaq üçün öz 3D printerlərindən birini kosmosa göndərib.
Kosmosda 3D çapın məhdudiyyətləri
3D çapın bir çox üstünlükləri olmasına baxmayaraq, texnologiya hələ də nisbətən yenidir və məhdudiyyətlərə malikdir.Advenit Makaya, "Aerokosmik sənayedə əlavə istehsalı ilə bağlı əsas problemlərdən biri prosesə nəzarət və doğrulamadır" dedi.İstehsalçılar laboratoriyaya daxil olub hər bir hissənin gücünü, etibarlılığını və mikrostrukturunu yoxlamadan əvvəl sınaqdan keçirə bilərlər, bu proses qeyri-dağıdıcı sınaq (NDT) kimi tanınır.Bununla belə, bu həm vaxt aparan, həm də bahalı ola bilər, ona görə də son məqsəd bu testlərə ehtiyacı azaltmaqdır.NASA bu yaxınlarda bu problemi həll etmək üçün əlavə istehsal yolu ilə istehsal olunan metal komponentlərin sürətli sertifikatlaşdırılmasına yönəlmiş bir mərkəz yaratdı.Mərkəz məhsulların kompüter modellərini təkmilləşdirmək üçün rəqəmsal əkizlərdən istifadə etməyi hədəfləyir ki, bu da mühəndislərə hissələrin performansını və məhdudiyyətlərini, o cümlədən qırılmadan əvvəl nə qədər təzyiqə tab gətirə biləcəklərini daha yaxşı başa düşməyə kömək edəcək.Bununla, mərkəz aerokosmik sənayedə 3D çapın tətbiqinin təşviqinə kömək etməyə və onu ənənəvi istehsal üsulları ilə rəqabətdə daha effektiv etməyə ümid edir.
Bu komponentlər hərtərəfli etibarlılıq və möhkəmlik sınağından keçmişdir.
Digər tərəfdən, istehsal kosmosda aparılırsa, yoxlama prosesi fərqlidir.ESA-dan Advenit Makaya izah edir: "Çap zamanı hissələrin təhlilini ehtiva edən bir texnika var."Bu üsul hansı çap məhsullarının uyğun və hansının uyğun olmadığını müəyyən etməyə kömək edir.Bundan əlavə, kosmos üçün nəzərdə tutulmuş 3D printerlər üçün özünü korreksiya sistemi mövcuddur və metal maşınlarda sınaqdan keçirilir.Bu sistem istehsal prosesində mümkün səhvləri müəyyən edə və hissədəki hər hansı qüsuru düzəltmək üçün onun parametrlərini avtomatik dəyişdirə bilər.Bu iki sistemin kosmosda çap məhsullarının etibarlılığını artıracağı gözlənilir.
3D çap həllərini təsdiqləmək üçün NASA və ESA standartlar müəyyən etmişlər.Bu standartlara hissələrin etibarlılığını təyin etmək üçün bir sıra testlər daxildir.Onlar toz yatağı füzyon texnologiyasını nəzərdən keçirir və onları digər proseslər üçün yeniləyirlər.Bununla belə, Arkema, BASF, Dupont və Sabic kimi material sənayesinin bir çox böyük oyunçuları da bu izlənilməni təmin edir.
Kosmosda yaşamaq?
3D çap texnologiyasının inkişafı ilə biz Yer kürəsində bu texnologiyadan ev tikmək üçün istifadə edən bir çox uğurlu layihələr gördük.Bu, bizi bu prosesin yaxın və ya uzaq gələcəkdə kosmosda yaşayış üçün yararlı strukturların qurulması üçün istifadə oluna biləcəyi ilə maraqlandırır.Kosmosda yaşamaq hazırda qeyri-real olsa da, xüsusilə Ayda evlər tikmək kosmonavtlar üçün kosmik missiyaları yerinə yetirməkdə faydalı ola bilər.Avropa Kosmik Agentliyinin (ESA) məqsədi, astronavtları radiasiyadan qorumaq üçün divar və ya kərpic tikmək üçün istifadə edilə bilən Ay reqolitindən istifadə edərək Ayda qübbələr qurmaqdır.ESA-dan Advenit Makaya görə, Ay reqoliti təxminən 60% metal və 40% oksigendən ibarətdir və astronavtın sağ qalması üçün vacib materialdır, çünki bu materialdan çıxarılarsa sonsuz oksigen mənbəyi təmin edə bilər.
NASA Ay səthində strukturların qurulması üçün 3D çap sisteminin inkişafı üçün ICON-a 57,2 milyon dollar qrant ayırdı və həmçinin Mars Dune Alpha yaşayış mühitinin yaradılması üçün şirkətlə əməkdaşlıq edir.Məqsəd, Qırmızı Planetdəki şəraiti simulyasiya edərək, könüllülərin bir il ərzində yaşayış yerində yaşamasını təmin edərək, Marsda yaşayış şəraitini sınaqdan keçirməkdir.Bu səylər ayda və Marsda 3D çap edilmiş strukturların birbaşa qurulması istiqamətində kritik addımları təmsil edir ki, bu da nəticədə insanların kosmosda kolonizasiyasına yol aça bilər.
Uzaq gələcəkdə bu evlər kosmosda həyatın davam etməsini təmin edə bilər.
Göndərmə vaxtı: 14 iyun 2023-cü il