Wiwit abad kaping 20, umat manungsa wis kepincut karo njelajah antariksa lan mangerteni apa sing ana ing njaba Bumi. Organisasi utama kaya ta NASA lan ESA wis ana ing garis ngarep eksplorasi antariksa, lan pemain penting liyane ing penaklukan iki yaiku pencetakan 3D. Kanthi kemampuan kanggo ngasilake bagean sing kompleks kanthi cepet kanthi biaya murah, teknologi desain iki saya tambah populer ing perusahaan. Iki ndadekake bisa nggawe akeh aplikasi, kayata satelit, pakaian antariksa, lan komponen roket. Nyatane, miturut SmarTech, nilai pasar manufaktur aditif industri antariksa swasta diarepake bakal tekan €2,1 milyar ing taun 2026. Iki nuwuhake pitakonan: Kepiye pencetakan 3D bisa mbantu manungsa unggul ing antariksa?
Wiwitane, percetakan 3D utamane digunakake kanggo prototipe cepet ing industri medis, otomotif, lan aerospace. Nanging, amarga teknologi iki saya nyebar, mula saya akeh digunakake kanggo komponen tujuan akhir. Teknologi manufaktur aditif logam, utamane L-PBF, wis ngidini produksi macem-macem logam kanthi karakteristik lan daya tahan sing cocog kanggo kahanan ruang sing ekstrem. Teknologi percetakan 3D liyane, kayata DED, binder jetting, lan proses ekstrusi, uga digunakake ing manufaktur komponen aerospace. Ing taun-taun pungkasan, model bisnis anyar wis muncul, karo perusahaan kayata Made in Space lan Relativity Space nggunakake teknologi percetakan 3D kanggo ngrancang komponen aerospace.
Relativitas Space ngembangake printer 3D kanggo industri aerospace
Teknologi percetakan 3D ing aerospace
Saiki sawise kita ngenalake, ayo dideleng luwih cetha macem-macem teknologi cetak 3D sing digunakake ing industri aerospace. Kaping pisanan, kudu dicathet yen manufaktur aditif logam, utamane L-PBF, minangka sing paling akeh digunakake ing bidang iki. Proses iki kalebu nggunakake energi laser kanggo nggabungake bubuk logam lapis demi lapis. Iki cocog banget kanggo ngasilake bagean sing cilik, kompleks, presisi, lan khusus. Produsen aerospace uga bisa entuk manfaat saka DED, sing kalebu nyetor kawat utawa bubuk logam lan utamane digunakake kanggo ndandani, nutupi, utawa ngasilake bagean logam utawa keramik khusus.
Kosok baline, binder jetting, sanajan nguntungake babagan kecepatan produksi lan biaya murah, ora cocog kanggo ngasilake bagean mekanik kinerja dhuwur amarga mbutuhake langkah-langkah penguatan pasca-proses sing nambah wektu manufaktur produk pungkasan. Teknologi ekstrusi uga efektif ing lingkungan ruang angkasa. Perlu dicathet yen ora kabeh polimer cocok digunakake ing ruang angkasa, nanging plastik kinerja dhuwur kayata PEEK bisa ngganti sawetara bagean logam amarga kekuwatane. Nanging, proses pencetakan 3D iki isih durung nyebar, nanging bisa dadi aset sing terkenal kanggo eksplorasi ruang angkasa kanthi nggunakake bahan anyar.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) minangka teknologi sing akeh digunakake ing percetakan 3D kanggo aerospace.
Potensi Materi Luar Angkasa
Industri kedirgantaraan wis njelajah bahan-bahan anyar liwat percetakan 3D, ngusulake alternatif inovatif sing bisa ngganggu pasar. Nalika logam kayata titanium, aluminium, lan paduan nikel-kromium tansah dadi fokus utama, bahan anyar bisa uga bakal nyolong sorotan: regolith rembulan. Regolith rembulan minangka lapisan bledug sing nutupi rembulan, lan ESA wis nduduhake keuntungan saka nggabungake karo percetakan 3D. Advenit Makaya, insinyur manufaktur senior ESA, nggambarake regolith rembulan padha karo beton, utamane digawe saka silikon lan unsur kimia liyane kayata wesi, magnesium, aluminium, lan oksigen. ESA wis kerja sama karo Lithoz kanggo ngasilake bagean fungsional cilik kayata sekrup lan gir nggunakake regolith rembulan simulasi kanthi sifat sing padha karo bledug rembulan asli.
Sebagéan gedhé prosès sing digunakaké kanggo nggawé regolith rembulan migunakaké panas, saéngga kompatibel karo teknologi kaya ta SLS lan solusi pencetakan ikatan bubuk. ESA uga nggunakaké teknologi D-Shape kanthi tujuan ngasilaké bagean padhet kanthi nyampur magnesium klorida karo bahan lan nggabungake karo magnesium oksida sing ditemokaké ing spesimen simulasi. Salah sawijining kaluwihan penting saka bahan rembulan iki yaiku resolusi cetak sing luwih alus, sing nggampangaké ngasilaké bagean kanthi presisi paling dhuwur. Fitur iki bisa dadi aset utama kanggo ngembangaké macem-macem aplikasi lan komponen manufaktur kanggo basis rembulan ing mangsa ngarep.
Regolith Lunar Ana Ing Ngendi-endi
Ana uga regolith Mars, sing nuduhake materi ing sangisore permukaan sing ditemokake ing Mars. Saiki, badan antariksa internasional ora bisa nemokake materi iki, nanging iki ora nyegah para ilmuwan saka riset potensine ing proyek aerospace tartamtu. Para peneliti nggunakake spesimen simulasi materi iki lan nggabungake karo paduan titanium kanggo ngasilake piranti utawa komponen roket. Asil awal nuduhake yen materi iki bakal menehi kekuatan sing luwih dhuwur lan nglindhungi peralatan saka karat lan kerusakan radiasi. Sanajan loro bahan iki duwe sifat sing padha, regolith rembulan isih dadi bahan sing paling diuji. Kauntungan liyane yaiku bahan kasebut bisa diprodhuksi ing lokasi tanpa kudu ngangkut bahan mentah saka Bumi. Kajaba iku, regolith minangka sumber bahan sing ora ana enteke, mbantu nyegah kelangkaan.
Aplikasi teknologi cetak 3D ing industri aerospace
Aplikasi teknologi cetak 3D ing industri aerospace bisa beda-beda gumantung saka proses spesifik sing digunakake. Contone, fusi bed bubuk laser (L-PBF) bisa digunakake kanggo nggawe bagean jangka pendek sing rumit, kayata sistem alat utawa bagean suku cadang ruang angkasa. Launcher, perusahaan rintisan sing berbasis ing California, nggunakake teknologi cetak 3D logam safir Velo3D kanggo ningkatake mesin roket cair E-2. Proses pabrikan digunakake kanggo nggawe turbin induksi, sing nduweni peran penting kanggo nyepetake lan nyopir LOX (oksigen cair) menyang ruang pembakaran. Turbin lan sensor saben dicithak nggunakake teknologi cetak 3D banjur dirakit. Komponen inovatif iki nyedhiyakake aliran cairan sing luwih gedhe lan daya dorong sing luwih gedhe kanggo roket, dadi bagean penting saka mesin.
Velo3D nyumbang kanggo panggunaan teknologi PBF ing pabrikasi mesin roket cair E-2.
Manufaktur aditif nduweni aplikasi sing amba, kalebu produksi struktur cilik lan gedhe. Contone, teknologi percetakan 3D kayata solusi Stargate Relativity Space bisa digunakake kanggo nggawe bagean gedhe kayata tangki bahan bakar roket lan bilah baling-baling. Relativity Space wis mbuktekake iki liwat produksi Terran 1 sing sukses, roket sing meh kabeh dicithak 3D, kalebu tangki bahan bakar sing dawane pirang-pirang meter. Peluncuran pertamane tanggal 23 Maret 2023, nduduhake efisiensi lan keandalan proses manufaktur aditif.
Teknologi cetak 3D berbasis ekstrusi uga ngidini produksi bagean nggunakake bahan kinerja dhuwur kayata PEEK. Komponen sing digawe saka termoplastik iki wis diuji ing luar angkasa lan diselehake ing rover Rashid minangka bagean saka misi rembulan UAE. Tujuan saka tes iki yaiku kanggo ngevaluasi resistensi PEEK marang kondisi rembulan sing ekstrem. Yen sukses, PEEK bisa uga bisa ngganti bagean logam ing kahanan nalika bagean logam rusak utawa bahan langka. Kajaba iku, sifat entheng PEEK bisa uga migunani ing eksplorasi luar angkasa.
Teknologi cetak 3D bisa digunakake kanggo nggawe macem-macem bagean kanggo industri aerospace.
Kauntungan saka percetakan 3D ing industri aerospace
Kauntungan saka percetakan 3D ing industri aerospace kalebu tampilan pungkasan bagean sing luwih apik dibandhingake karo teknik konstruksi tradisional. Johannes Homa, CEO saka produsen printer 3D Austria Lithoz, nyatakake yen "teknologi iki ndadekake bagean luwih entheng." Amarga kebebasan desain, produk cetakan 3D luwih efisien lan mbutuhake sumber daya sing luwih sithik. Iki nduweni dampak positif marang dampak lingkungan saka produksi bagean. Relativity Space wis nduduhake yen manufaktur aditif bisa nyuda jumlah komponen sing dibutuhake kanggo nggawe pesawat ruang angkasa kanthi signifikan. Kanggo roket Terran 1, 100 bagean disimpen. Kajaba iku, teknologi iki nduweni kaluwihan sing signifikan ing kecepatan produksi, kanthi roket rampung kurang saka 60 dina. Kosok baline, nggawe roket nggunakake metode tradisional bisa mbutuhake pirang-pirang taun.
Babagan manajemen sumber daya, percetakan 3D bisa ngirit bahan lan, ing sawetara kasus, malah ngidini daur ulang sampah. Pungkasan, manufaktur aditif bisa dadi aset sing terkenal kanggo nyuda bobot lepas landas roket. Tujuane yaiku kanggo ngoptimalake panggunaan bahan lokal, kayata regolith, lan nyuda transportasi bahan ing njero pesawat ruang angkasa. Iki ndadekake mung bisa nggawa printer 3D, sing bisa nggawe kabeh ing lokasi sawise perjalanan.
Made in Space wis ngirim salah sawijining printer 3D menyang luar angkasa kanggo diuji coba.
Watesan pencetakan 3D ing luar angkasa
Senajan percetakan 3D nduweni akeh kaluwihan, teknologi iki isih relatif anyar lan nduweni watesan. Advenit Makaya nyatakake, "Salah sawijining masalah utama karo manufaktur aditif ing industri aerospace yaiku kontrol proses lan validasi." Produsen bisa mlebu laboratorium lan nguji kekuatan, keandalan, lan mikrostruktur saben bagean sadurunge validasi, proses sing dikenal minangka uji coba non-destruktif (NDT). Nanging, iki bisa mbutuhake wektu lan larang, mula tujuan utama yaiku kanggo nyuda kabutuhan tes kasebut. NASA bubar ngadegake pusat kanggo ngatasi masalah iki, sing fokus ing sertifikasi cepet komponen logam sing diprodhuksi dening manufaktur aditif. Pusat kasebut ngarah nggunakake kembar digital kanggo ningkatake model produk komputer, sing bakal mbantu para insinyur luwih ngerti kinerja lan watesan bagean, kalebu sepira tekanan sing bisa ditahan sadurunge patah. Kanthi mengkono, pusat kasebut ngarep-arep bisa mbantu ningkatake aplikasi percetakan 3D ing industri aerospace, saengga luwih efektif kanggo saingan karo teknik manufaktur tradisional.
Komponen-komponen iki wis ngalami uji keandalan lan kekuatan sing komprehensif.
Ing sisih liya, proses verifikasi beda yen manufaktur ditindakake ing luar angkasa. Advenit Makaya saka ESA nerangake, "Ana teknik sing kalebu nganalisis bagean sajrone nyetak." Cara iki mbantu nemtokake produk cetak endi sing cocog lan endi sing ora. Kajaba iku, ana sistem koreksi dhewe kanggo printer 3D sing ditujokake kanggo luar angkasa lan lagi diuji ing mesin logam. Sistem iki bisa ngenali kesalahan potensial ing proses manufaktur lan kanthi otomatis ngowahi parameter kanggo mbenerake cacat ing bagean kasebut. Loro sistem iki diarepake bisa nambah keandalan produk cetak ing luar angkasa.
Kanggo validasi solusi pencetakan 3D, NASA lan ESA wis netepake standar. Standar kasebut kalebu serangkaian tes kanggo nemtokake keandalan bagean. Dheweke nimbang teknologi fusi powder bed lan nganyari kanggo proses liyane. Nanging, akeh pemain utama ing industri material, kayata Arkema, BASF, Dupont, lan Sabic, uga nyedhiyakake keterlacakan iki.
Urip ing luar angkasa?
Kanthi kemajuan teknologi cetak 3D, kita wis ndeleng akeh proyek sukses ing Bumi sing nggunakake teknologi iki kanggo mbangun omah. Iki ndadekake kita mikir apa proses iki bisa digunakake ing mangsa ngarep utawa adoh kanggo mbangun struktur sing bisa dipanggoni ing luar angkasa. Sanajan manggon ing luar angkasa saiki ora realistis, mbangun omah, utamane ing rembulan, bisa migunani kanggo para astronot nalika nindakake misi luar angkasa. Tujuan saka Badan Antariksa Eropa (ESA) yaiku mbangun kubah ing rembulan nggunakake regolith rembulan, sing bisa digunakake kanggo mbangun tembok utawa bata kanggo nglindhungi para astronot saka radiasi. Miturut Advenit Makaya saka ESA, regolith rembulan kasusun saka udakara 60% logam lan 40% oksigen lan minangka bahan penting kanggo kaslametané astronot amarga bisa nyedhiyakake sumber oksigen sing ora ana telas yen diekstrak saka bahan iki.
NASA wis menehi hibah $57,2 yuta marang ICON kanggo ngembangake sistem pencetakan 3D kanggo mbangun struktur ing permukaan rembulan lan uga kerja sama karo perusahaan kasebut kanggo nggawe habitat Mars Dune Alpha. Tujuane yaiku kanggo nguji kahanan urip ing Mars kanthi nggawe sukarelawan manggon ing habitat kasebut sajrone setaun, simulasi kahanan ing Planet Abang. Upaya kasebut minangka langkah penting kanggo mbangun struktur pencetakan 3D langsung ing rembulan lan Mars, sing pungkasane bisa mbukak dalan kanggo kolonisasi antariksa manungsa.
Ing mangsa ngarep sing adoh, omah-omah iki bisa ndadekake urip bisa urip ing luar angkasa.
Wektu kiriman: 14 Juni 2023
