Zënter dem 20. Joerhonnert ass d'Mënschheet faszinéiert vun der Erfuerschung vum Weltraum a vum Versteesdemech vun deem, wat iwwer d'Äerd eraus läit. Grouss Organisatiounen ewéi d'NASA an d'ESA stinn un der Spëtzt vun der Weltraumerfuerschung, an en anere wichtege Spiller an dëser Eruewerung ass den 3D-Drock. Mat der Fäegkeet, komplex Deeler séier zu niddrege Käschten ze produzéieren, gëtt dës Designtechnologie ëmmer méi populär a Firmen. Si erméiglecht d'Schafung vu ville Applikatiounen, wéi Satellitten, Raumanzüg a Rakéitekomponenten. Tatsächlech gëtt laut SmarTech erwaart, datt de Maartwäert vun der additiver Fabrikatioun an der privater Weltraumindustrie bis 2026 2,1 Milliarden Euro erreechen wäert. Dëst werft d'Fro op: Wéi kann den 3D-Drock de Mënschen hëllefen, am Weltraum ze exceléieren?
Ufanks gouf den 3D-Drock haaptsächlech fir Rapid Prototyping an der Medizin-, Automobil- a Loftfaartindustrie benotzt. Wéi d'Technologie awer ëmmer méi verbreet ass, gëtt se och ëmmer méi fir Komponenten fir hiren Zweck benotzt. D'Technologie vun der additiver Metallfabrikatioun, besonnesch L-PBF, huet d'Produktioun vun enger Vielfalt vu Metaller mat Charakteristiken an Haltbarkeet erméiglecht, déi fir extrem Weltraumbedingungen gëeegent sinn. Aner 3D-Drocktechnologien, wéi DED, Binder Jetting an Extrusiounsprozess, ginn och bei der Fabrikatioun vun Loftfaartkomponenten agesat. An de leschte Jore sinn nei Geschäftsmodeller entstanen, mat Firmen wéi Made in Space a Relativity Space, déi 3D-Drocktechnologie benotzen, fir Loftfaartkomponenten ze designen.
Relativity Space entwéckelt 3D-Drucker fir d'Loftfaartindustrie
3D-Drécktechnologie an der Loftfaart
Elo wou mir se virgestallt hunn, kucke mer eis e méi geneeën emol déi verschidden 3D-Drécktechnologien un, déi an der Loftfaartindustrie benotzt ginn. Als éischt sollt een drop hiweisen, datt d'Metalladditivfabrikatioun, besonnesch L-PBF, an dësem Beräich am meeschte verbreet ass. Dëse Prozess besteet doran, datt Laserenergie benotzt gëtt, fir Metallpulver Schicht fir Schicht ze verschmëlzen. En ass besonnesch gëeegent fir d'Produktioun vu klenge, komplexe, präzisen an individuellen Deeler. Loftfaart- a Raumfaarthersteller kënnen och vun der DED profitéieren, déi d'Oflagerung vu Metalldrot oder -pulver ëmfaasst a virun allem fir d'Reparatur, d'Beschichtung oder d'Produktioun vu personaliséierte Metall- oder Keramikdeeler benotzt gëtt.
Am Géigesaz dozou ass Binder Jetting, obwuel virdeelhaft wat d'Produktiounsgeschwindegkeet an d'niddreg Käschten ugeet, net gëeegent fir d'Produktioun vun héichperformante mechaneschen Deeler, well et Noveraarbechtung a Verstäerkungsschrëtt erfuerdert, déi d'Produktiounszäit vum Endprodukt erhéijen. D'Extrusiounstechnologie ass och effektiv am Weltraumëmfeld. Et sollt een drop hiweisen, datt net all Polymere fir den Asaz am Weltraum gëeegent sinn, awer Héichperformante Plastik wéi PEEK kënnen e puer Metalldeeler wéinst hirer Stäerkt ersetzen. Dësen 3D-Dréckprozess ass awer nach net ganz verbreet, awer e kann e wäertvollen Asaz fir d'Weltraumfuerschung ginn, andeems en nei Materialien benotzt.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ass eng wäit verbreet Technologie am 3D-Drock fir d'Loft- a Raumfaart.
Potenzial vu Weltraummaterialien
D'Loftfaartindustrie exploréiert nei Materialien duerch 3D-Dréck a proposéiert innovativ Alternativen, déi de Maart kéinte stéieren. Wärend Metaller wéi Titan, Aluminium a Nickel-Chrom-Legierungen ëmmer am Mëttelpunkt stoungen, kéint e neit Material geschwënn de Rampenliicht klauen: de Moundregolith. Moundregolith ass eng Staubschicht, déi de Mound bedeckt, an d'ESA huet d'Virdeeler vun der Kombinatioun mam 3D-Dréck demonstréiert. Den Advenit Makaya, e Senior Produktiounsingenieur vun der ESA, beschreift de Moundregolith als ähnlech wéi Beton, haaptsächlech aus Silizium an anere chemeschen Elementer wéi Eisen, Magnesium, Aluminium a Sauerstoff. D'ESA huet sech mat Lithoz zesummegedoen, fir kleng funktionell Deeler wéi Schrauwen a Zännrieder ze produzéieren, andeems se simuléierte Moundregolith mat Eegeschafte ähnlech wéi richtege Moundstaub benotzen.
Déi meescht Prozesser, déi bei der Fabrikatioun vum Moundregolith involvéiert sinn, benotzen Hëtzt, wat en kompatibel mat Technologien ewéi SLS a Pulverbindungsdruckléisungen mécht. D'ESA benotzt och d'D-Shape-Technologie mat dem Zil, massiv Deeler ze produzéieren, andeems Magnesiumchlorid mat Materialien gemëscht a mat Magnesiumoxid kombinéiert gëtt, dat am simuléierte Probe fonnt gëtt. Ee vun de bedeitende Virdeeler vun dësem Moundmaterial ass seng méi fein Drockopléisung, déi et erméiglecht, Deeler mat der héchster Präzisioun ze produzéieren. Dës Funktioun kéint de wichtegste Virdeel ginn, fir de Spektrum vun Uwendungen an d'Produktioun vu Komponenten fir zukünfteg Moundbasen auszebauen.
Moundregolith ass iwwerall
Et gëtt och de marsesche Regolith, deen sech op ënnerierdesch Material bezitt, dat um Mars fonnt gouf. Aktuell kënnen international Weltraumagenturen dëst Material net erëmgewannen, awer dat huet d'Wëssenschaftler net dovun ofgehalen, säi Potenzial a bestëmmte Raumfaartprojeten ze erfuerschen. Fuerscher benotzen simuléiert Exemplare vun dësem Material a kombinéieren et mat enger Titanlegierung fir Tools oder Rakéitekomponenten ze produzéieren. Éischt Resultater weisen datt dëst Material eng méi héich Stäerkt bitt a Ausrüstung viru Rost a Stralungsschued schützt. Och wann dës zwee Materialien ähnlech Eegeschafte hunn, ass de Moundregolith nach ëmmer dat am meeschte geteste Material. En anere Virdeel ass, datt dës Materialien virun Ort hiergestallt kënne ginn, ouni datt Rohmaterialien vun der Äerd transportéiert musse ginn. Zousätzlech ass de Regolith eng onerschëpflech Materialquell, déi hëlleft, Knappheet ze vermeiden.
Uwendungen vun der 3D-Drécktechnologie an der Loftfaartindustrie
D'Uwendungen vun der 3D-Drécktechnologie an der Loftfaartindustrie kënne jee no spezifesche Prozess variéieren. Zum Beispill kann Laserpulverbettfusioun (L-PBF) benotzt ginn, fir komplex kuerzfristeg Deeler ze produzéieren, wéi z. B. Werkzeugsystemer oder Ersatzdeeler fir de Weltraum. Launcher, e Startup mat Sëtz a Kalifornien, huet d'Saphir-Metall-3D-Drécktechnologie vu Velo3D benotzt, fir säin E-2 Flëssegkeetsrakéitemotor ze verbesseren. De Prozess vum Hiersteller gouf benotzt, fir d'Induktiounsturbin ze kreéieren, déi eng entscheedend Roll bei der Beschleunigung an dem Andreiwe vu LOX (flëssege Sauerstoff) an d'Verbrennungskammer spillt. D'Turbin an de Sensor goufen all mat 3D-Drécktechnologie gedréckt an duerno zesummegesat. Dës innovativ Komponent gëtt der Rakéit e gréissere Flëssegkeetsfloss a gréissere Schub, wat se zu engem essentiellen Deel vum Motor mécht.
Velo3D huet zu der Notzung vun der PBF-Technologie bei der Fabrikatioun vum E-2 Flëssegkeetsrakéitemotor bäigedroen.
Additiv Fabrikatioun huet breet Uwendungen, dorënner d'Produktioun vu klenge a grousse Strukturen. Zum Beispill kënnen 3D-Drécktechnologien, wéi d'Stargate-Léisung vu Relativity Space, benotzt ginn, fir grouss Deeler wéi Rakéitebrennstofftanken a Propellerblieder ze produzéieren. Relativity Space huet dat duerch déi erfollegräich Produktioun vun der Terran 1 bewisen, enger bal komplett 3D-gedréckter Rakéit, inklusiv engem e puer Meter laange Brennstofftank. Säin éischte Start den 23. Mäerz 2023 huet d'Effizienz an d'Zouverlässegkeet vun additive Fabrikatiounsprozesser demonstréiert.
D'3D-Drécktechnologie op Basis vun Extrusioun erméiglecht och d'Produktioun vun Deeler mat héichperformante Materialien wéi PEEK. Komponenten aus dësem Thermoplast goufen schonn am Weltraum getest a goufen am Kader vun der Moundmissioun an den VAE um Rashid-Rover placéiert. Den Zweck vun dësem Test war et, d'Resistenz vum PEEK géint extrem Moundbedingungen ze evaluéieren. Wann et erfollegräich ass, kéint PEEK Metalldeeler a Situatiounen ersetzen, wou Metalldeeler briechen oder Materialien knapp sinn. Zousätzlech kéinten d'Liichtgewiichtseigenschaften vum PEEK bei der Weltraumfuerschung wäertvoll sinn.
D'3D-Drécktechnologie kann benotzt gi fir eng Villfalt vun Deeler fir d'Loftfaartindustrie ze produzéieren.
Virdeeler vum 3D-Drock an der Loftfaartindustrie
Zu de Virdeeler vum 3D-Drécken an der Loftfaartindustrie gehéiert e verbessert Endbild vun den Deeler am Verglach mat traditionellen Konstruktiounstechniken. De Johannes Homa, CEO vum éisträicheschen 3D-Dréckerhersteller Lithoz, sot, datt "dës Technologie Deeler méi liicht mécht". Wéinst der Designfräiheet sinn 3D-gedréckte Produkter méi effizient a brauchen manner Ressourcen. Dëst huet e positiven Impakt op d'Ëmweltauswierkung vun der Deelerproduktioun. Relativity Space huet gewisen, datt d'Additivfabrikatioun d'Zuel vun de Komponenten, déi fir d'Fabrikatioun vu Raumschëffer gebraucht ginn, däitlech reduzéiere kann. Fir d'Terran 1 Rakéit goufen 100 Deeler gespuert. Zousätzlech huet dës Technologie bedeitend Virdeeler wat d'Produktiounsgeschwindegkeet ugeet, well d'Rakéit a manner wéi 60 Deeg fäerdeg war. Am Géigesaz dozou kéint d'Fabrikatioun vun enger Rakéit mat traditionelle Methoden e puer Joer daueren.
Wat d'Ressourcenmanagement ugeet, kann den 3D-Dréck Material spueren an a verschiddene Fäll souguer d'Ofallrecycling erméiglechen. Schlussendlech kann d'Additivfabrikatioun e wäertvollen Asaz ginn, fir d'Startgewiicht vu Rakéiten ze reduzéieren. D'Zil ass et, d'Benotzung vu lokale Materialien, wéi Regolith, ze maximéieren an den Transport vu Materialien an de Raumschëffer ze minimiséieren. Dëst erméiglecht et, nëmmen en 3D-Drécker matzehuelen, deen no der Rees alles virun Ort erstelle kann.
Made in Space huet schonn ee vun hiren 3D-Drécker fir Tester an de Weltraum geschéckt.
Limitatioune vum 3D-Drock am Weltraum
Obwuel den 3D-Dréck vill Virdeeler huet, ass d'Technologie nach ëmmer relativ nei an huet Aschränkungen. Den Advenit Makaya sot: "Ee vun den Haaptproblemer mat der additiver Fabrikatioun an der Loftfaartindustrie ass d'Prozesskontroll a Validatioun." Hiersteller kënnen an de Laboratoire goen an d'Stäerkt, d'Zouverlässegkeet an d'Mikrostruktur vun all Deel virun der Validatioun testen, e Prozess deen als net-destruktiv Tester (NDT) bekannt ass. Dëst kann awer souwuel zäitopwänneg wéi och deier sinn, dofir ass dat ultimativt Zil d'Noutwennegkeet vun dësen Tester ze reduzéieren. D'NASA huet viru kuerzem en Zentrum gegrënnt fir dëst Thema unzegoen, deen sech op d'schnell Zertifizéierung vu Metallkomponenten konzentréiert, déi duerch additiv Fabrikatioun hiergestallt ginn. Den Zentrum zielt drop of, digital Zwillinge ze benotzen fir Computermodeller vu Produkter ze verbesseren, wat Ingenieuren hëllefe soll, d'Leeschtung an d'Aschränkungen vun Deeler besser ze verstoen, dorënner wéi vill Drock se virum Broch aushale kënnen. Doduerch hofft den Zentrum, d'Uwendung vum 3D-Dréck an der Loftfaartindustrie ze fërderen, sou datt en méi effektiv am Konkurrenz mat traditionellen Fabrikatiounstechniken ass.
Dës Komponenten goufen ëmfangräiche Zouverlässegkeets- a Stäerktstester ënnerworf.
Op der anerer Säit ass de Verifizéierungsprozess anescht, wann d'Produktioun am Weltraum stattfënnt. Den Advenit Makaya vun der ESA erkläert: "Et gëtt eng Technik, déi d'Deeler beim Drécken analyséiert." Dës Method hëlleft ze bestëmmen, wéi eng gedréckte Produkter gëeegent sinn a wéi eng net. Zousätzlech gëtt et e Selbstkorrektursystem fir 3D-Drécker, déi fir de Weltraum geduecht sinn, an dat op Metallmaschinne getest gëtt. Dëst System kann potenziell Feeler am Produktiounsprozess identifizéieren an seng Parameteren automatesch änneren, fir all Mängel am Deel ze korrigéieren. Et gëtt erwaart, datt dës zwee Systemer d'Zouverlässegkeet vun gedréckte Produkter am Weltraum verbesseren.
Fir 3D-Dréckléisungen ze validéieren, hunn d'NASA an d'ESA Standarden etabléiert. Dës Standarden enthalen eng Serie vun Tester fir d'Zouverlässegkeet vun Deeler ze bestëmmen. Si berücksichtegen d'Pulverbett-Schmelztechnologie an aktualiséieren se fir aner Prozesser. Vill grouss Akteuren an der Materialindustrie, wéi Arkema, BASF, Dupont a Sabic, bidden awer och dës Verfolgbarkeet.
Am Weltraum liewen?
Mat dem Fortschrëtt vun der 3D-Drécktechnologie hu mir vill erfollegräich Projeten op der Äerd gesinn, déi dës Technologie benotze fir Haiser ze bauen. Dëst léisst eis froen, ob dëse Prozess an noer oder wäiter Zukunft benotzt ka ginn, fir bewunnbar Strukturen am Weltraum ze bauen. Wärend d'Liewen am Weltraum de Moment onrealistesch ass, kann de Bau vun Haiser, besonnesch um Mound, fir Astronauten bei der Ausféierung vu Weltraummissiounen nëtzlech sinn. D'Zil vun der Europäescher Weltraumagentur (ESA) ass et, Kuppelen um Mound mat Moundregolith ze bauen, deen benotzt ka ginn, fir Maueren oder Zillen ze bauen, fir Astronauten virun Stralung ze schützen. Laut dem Advenit Makaya vun der ESA besteet de Moundregolith aus ongeféier 60% Metall a 40% Sauerstoff an ass e wesentlecht Material fir d'Iwwerliewe vun Astronauten, well et eng onendlech Quell vu Sauerstoff ka bidden, wann et aus dësem Material gewonnen gëtt.
D'NASA huet ICON eng Finanzéierung vu 57,2 Milliounen Dollar fir d'Entwécklung vun engem 3D-Drécksystem fir de Bau vu Strukturen op der Mounduewerfläch zougesprach a schafft och mat der Firma zesummen, fir e Mars Dune Alpha-Liewensraum ze schafen. D'Zil ass et, d'Liewensbedingungen um Mars ze testen, andeems Fräiwëlleger ee Joer laang an engem Liewensraum liewen an d'Konditioune um roude Planéit simuléieren. Dës Efforte stellen entscheedend Schrëtt fir de Bau vun 3D-gedréckte Strukturen um Mound a Mars duer, wat schlussendlech de Wee fir eng bemannt Weltraumkolonialiséierung kéint eben.
An der wäiter Zukunft kéinten dës Haiser et dem Liewen am Weltraum erméiglechen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 14. Juni 2023
