Zënter dem 20. Joerhonnert ass d'Mënschheet faszinéiert mam Weltraum ze entdecken an ze verstoen wat iwwer d'Äerd läit.Grouss Organisatiounen wéi NASA an ESA sinn un der Spëtzt vun der Weltraumfuerschung, an en anere wichtege Spiller an dëser Eruewerung ass 3D Dréckerei.Mat der Fäegkeet fir séier komplex Deeler zu niddrege Käschten ze produzéieren, gëtt dës Designtechnologie ëmmer méi populär an de Firmen.Et mécht d'Schafe vu villen Uwendungen méiglech, wéi Satellitten, Raumfaart a Rakéitekomponenten.Tatsächlech, laut SmarTech, gëtt de Maartwäert vun der additiv Fabrikatioun vun der privater Raumfaartindustrie erwaart bis 2026 € 2,1 Milliarden z'erreechen. Dëst stellt d'Fro op: Wéi kann 3D Dréckerei de Mënschen hëllefen am Weltraum exceléieren?
Am Ufank gouf 3D Dréckerei haaptsächlech fir séier Prototyping an der medizinescher, Automobil- a Raumfaartindustrie benotzt.Wéi och ëmmer, wéi d'Technologie méi verbreet ass, gëtt se ëmmer méi fir final Zweck Komponenten benotzt.Metalladditiv Fabrikatiounstechnologie, besonnesch L-PBF, huet d'Produktioun vu ville Metalle mat Charakteristiken an Haltbarkeet erlaabt fir extrem Raumbedéngungen.Aner 3D Drécktechnologien, wéi DED, Binder Jetting, an Extrusiounsprozess, ginn och an der Fabrikatioun vu Raumfaartkomponenten benotzt.An de leschte Joeren sinn nei Geschäftsmodeller entstanen, mat Firmen wéi Made in Space a Relativity Space déi 3D Drécktechnologie benotzt fir Raumfaartkomponenten ze designen.
Relativitéit Space Entwécklung 3D Dréckerspäicher fir Raumfaarttechnik Industrie
3D Dréckerei Technologie an der Raumfaart
Elo datt mir se agefouert hunn, loosst eis déi verschidde 3D Drécktechnologien méi no kucken, déi an der Raumfaartindustrie benotzt ginn.Als éischt sollt et bemierkt ginn datt d'Metalladditivfabrikatioun, besonnesch L-PBF, am meeschte verbreet ass an dësem Beräich.Dëse Prozess beinhalt d'Benotzung vun Laserenergie fir Metallpulver Schicht fir Schicht ze fusionéieren.Et ass besonnesch gëeegent fir kleng, komplex, präzis a personaliséiert Deeler ze produzéieren.Loftfaart Hiersteller kënnen och vun DED profitéieren, wat Metalldraht oder Pulver oflagert an haaptsächlech benotzt gëtt fir ze reparéieren, ze beschichten oder personaliséiert Metall- oder Keramikdeeler ze produzéieren.
Am Géigesaz, Binder Jetting, obwuel avantagéis wat d'Produktiounsgeschwindegkeet an d'niddreg Käschten ugeet, ass net gëeegent fir héich performant mechanesch Deeler ze produzéieren, well et erfuerdert d'Postveraarbechtungsverstäerkungsschrëtt, déi d'Fabrikatiounszäit vum Endprodukt erhéijen.Extrusiounstechnologie ass och effektiv am Weltraumëmfeld.Et sollt bemierkt datt net all Polymere gëeegent sinn fir am Raum ze benotzen, awer héich performant Plastik wéi PEEK kënnen e puer Metalldeeler ersetzen wéinst hirer Kraaft.Wéi och ëmmer, dësen 3D Dréckprozess ass nach ëmmer net ganz verbreet, awer et kann e wäertvollen Verméigen fir Weltraumfuerschung ginn andeems Dir nei Materialien benotzt.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ass eng wäit benotzt Technologie am 3D Dréckerei fir Raumfaart.
Potenzial vun Space Materialien
D'Loftfaartindustrie huet nei Materialien duerch 3D Dréckerei exploréiert, innovativ Alternativen proposéiert déi de Maart stéieren kënnen.Wärend Metaller wéi Titan, Aluminium an Néckel-Chromlegierungen ëmmer den Haaptfokus waren, kann en neit Material geschwënn d'Spotlight klauen: Moundregolith.Moundregolith ass eng Stëbsschicht déi de Mound deckt, an d'ESA huet d'Virdeeler bewisen fir et mat 3D Dréckerei ze kombinéieren.Advenit Makaya, e Senior Fabrikatiounsingenieur vun der ESA, beschreift Moundregolith als ähnlech wéi Beton, haaptsächlech aus Silizium an aner chemesch Elementer wéi Eisen, Magnesium, Aluminium a Sauerstoff.D'ESA huet mat Lithoz zesummegeschafft fir kleng funktionell Deeler wéi Schrauwen a Gears ze produzéieren mat simuléierten Moundregolith mat Eegeschafte ähnlech wéi richtege Moundstaub.
Déi meescht vun de Prozesser, déi an der Fabrikatioun vun der Moundregolith involvéiert sinn, benotzen Hëtzt, sou datt et kompatibel ass mat Technologien wéi SLS a Pulverbindend Dréckléisungen.D'ESA benotzt och D-Shape Technologie mam Zil fest Deeler ze produzéieren andeems Magnesiumchlorid mat Materialien vermëschen an et mat Magnesiumoxid kombinéiert, deen am simuléierten Exemplar fonnt gëtt.Ee vun de bedeitende Virdeeler vun dësem Moundmaterial ass seng méi fein Drockopléisung, wat et erlaabt Deeler mat der héchster Präzisioun ze produzéieren.Dës Feature kéint de primäre Verméigen ginn fir d'Palette vun Uwendungen an d'Fabrikatiounskomponente fir zukünfteg Moundbasen auszebauen.
Lunar Regolith ass iwwerall
Et gëtt och Mars Regolith, bezitt sech op Ënnerflächmaterial dat um Mars fonnt gouf.Momentan kënnen international Raumfaartagenturen dëst Material net erëmfannen, awer dëst huet d'Wëssenschaftler net gestoppt fir säi Potenzial a bestëmmte Raumfaartprojeten ze fuerschen.Fuerscher benotzen simuléiert Exemplare vun dësem Material a kombinéiere se mat Titanlegierung fir Tools oder Rakéitekomponenten ze produzéieren.Éischt Resultater weisen datt dëst Material méi héich Kraaft ubitt an Ausrüstung vu Rust a Stralungsschued schützt.Och wann dës zwee Materialien ähnlech Eegeschaften hunn, ass Moundregolith nach ëmmer dat getest Material.En anere Virdeel ass datt dës Materialien op der Plaz fabrizéiert kënne ginn ouni de Besoin fir Rohmaterial vun der Äerd ze transportéieren.Zousätzlech ass Regolith eng onendlech materiell Quell, déi hëlleft Knappheet ze vermeiden.
D'Applikatioune vun der 3D Drécktechnologie an der Raumfaartindustrie
D'Applikatioune vun der 3D Drécktechnologie an der Raumfaartindustrie kënnen ofhängeg vum spezifesche Prozess variéieren.Zum Beispill kann Laserpulverbettfusioun (L-PBF) benotzt ginn fir komplizéiert kuerzfristeg Deeler ze fabrizéieren, wéi Toolsystemer oder Raum Ersatzdeeler.Launcher, e Kalifornien-baséiert Startup, huet Velo3D's Saphir-Metal 3D Drécktechnologie benotzt fir säin E-2 Flëssegrakéitmotor ze verbesseren.De Prozess vum Hiersteller gouf benotzt fir d'Induktiounsturbin ze kreéieren, déi eng entscheedend Roll spillt fir LOX (flësseg Sauerstoff) an d'Verbrennungskammer ze beschleunegen an ze dreiwen.D'Turbine an d'Sensor goufen all mat 3D Drécktechnologie gedréckt an duerno zesummegesat.Dësen innovative Bestanddeel bitt der Rakéit e gréissere Flëssegkeetsfluss a gréissere Schub, wat et e wesentleche Bestanddeel vum Motor mécht
Velo3D huet zu der Notzung vun der PBF Technologie bei der Fabrikatioun vum E-2 Flëssegkettemotor bäigedroen.
Additiv Fabrikatioun huet breet Uwendungen, dorënner d'Produktioun vu klengen a grousse Strukturen.Zum Beispill kënnen 3D Drécktechnologien wéi d'Relativity Space's Stargate Léisung benotzt ginn fir grouss Deeler wéi Rakéite Brennstofftanker a Propellerblades ze fabrizéieren.Relativity Space huet dat duerch déi erfollegräich Produktioun vum Terran 1 bewisen, eng bal komplett 3D-gedréckte Rakéit, dorënner e puer Meter laange Brennstofftank.Säin éischte Start den 23. Mäerz 2023 huet d'Effizienz an d'Zouverlässegkeet vun de additive Fabrikatiounsprozesser bewisen.
Extrusion-baséiert 3D Drécktechnologie erlaabt och d'Produktioun vun Deeler mat héich performante Materialien wéi PEEK.Komponente vun dësem Thermoplastik goufen schonn am Weltraum getest a goufen am Rashid Rover als Deel vun der UAE Moundmissioun gesat.Den Zweck vun dësem Test war d'Resistenz vum PEEK géint extrem Moundbedéngungen ze evaluéieren.Wann et erfollegräich ass, kann PEEK Metalldeeler ersetzen a Situatiounen wou Metalldeeler briechen oder Material knapp sinn.Zousätzlech kënnen dem PEEK seng liicht Eegeschafte vu Wäert an der Weltraumfuerschung sinn.
3D Drécktechnologie ka benotzt ginn fir eng Vielfalt vun Deeler fir d'Loftfaartindustrie ze fabrizéieren.
Virdeeler vum 3D Dréckerei an der Raumfaartindustrie
Virdeeler vum 3D Dréckerei an der Raumfaartindustrie enthalen e verbessert endgülteg Erscheinung vun Deeler am Verglach mat traditionelle Bautechniken.De Johannes Homa, CEO vum éisträicheschen 3D Dréckerhersteller Lithoz, sot datt "dës Technologie Deeler méi hell mécht."Wéinst der Designfräiheet sinn 3D gedréckte Produkter méi effizient a brauche manner Ressourcen.Dëst huet e positiven Impakt op den Ëmweltimpakt vun der Deelproduktioun.Relativitéit Space huet bewisen datt additiv Fabrikatioun d'Zuel vun de Komponenten erfuerderlech fir Raumschëffer wesentlech reduzéieren kann.Fir d'Rakéit Terran 1 goufen 100 Deeler gespuert.Zousätzlech huet dës Technologie bedeitend Virdeeler an der Produktiounsgeschwindegkeet, wou d'Rakéit a manner wéi 60 Deeg fäerdeg ass.Am Géigesaz, d'Fabrikatioun vun enger Rakéit mat traditionelle Methoden kann e puer Joer daueren.
Wat d'Ressourceverwaltung ugeet, kann 3D Dréckerei Material spueren an an e puer Fäll souguer Offallverwäertung erlaben.Schlussendlech kann additiv Fabrikatioun e wäertvollen Verméigen ginn fir d'Reduktioun vum Startgewiicht vu Rakéiten.D'Zil ass d'Benotzung vu lokalen Materialien, wéi Regolith, ze maximéieren an den Transport vu Materialien bannent Raumschëffer ze minimiséieren.Dëst mécht et méiglech nëmmen en 3D Dréckerspäicher ze droen, deen alles op der Plaz no der Rees erstellen kann.
Made in Space huet schonn ee vun hiren 3D Dréckeren an de Raum geschéckt fir ze testen.
Aschränkungen vun 3D Dréckerei am Weltraum
Och wann 3D Dréckerei vill Virdeeler huet, ass d'Technologie nach ëmmer relativ nei an huet Aschränkungen.Advenit Makaya sot: "Ee vun den Haaptprobleemer mat der additiv Fabrikatioun an der Raumfaartindustrie ass Prozesskontrolle a Validatioun."Hiersteller kënnen de Labo erakommen an all Deel seng Kraaft, Zouverlässegkeet a Mikrostruktur testen ier d'Validatioun, e Prozess bekannt als net-zerstéierend Testen (NDT).Wéi och ëmmer, dëst ka souwuel ze laang an deier sinn, sou datt dat ultimativt Zil ass d'Bedierfnes fir dës Tester ze reduzéieren.D'NASA huet viru kuerzem en Zentrum gegrënnt fir dëst Thema unzegoen, konzentréiert sech op déi séier Zertifizéierung vu Metallkomponenten, déi duerch additiv Fabrikatioun hiergestallt ginn.Den Zentrum zielt fir digital Zwillinge ze benotzen fir Computermodeller vu Produkter ze verbesseren, wat d'Ingenieuren hëllefe besser d'Performance an d'Aschränkungen vun Deeler ze verstoen, och wéi vill Drock se virum Fraktur widderstoen.Doduerch hofft den Zentrum d'Applikatioun vum 3D Dréckerei an der Raumfaartindustrie ze förderen, wat et méi effektiv mécht fir mat traditionelle Fabrikatiounstechniken ze konkurréieren.
Dës Komponente sinn ëmfaassend Zouverlässegkeet a Kraaft Testen erlieft.
Op der anerer Säit ass de Verifizéierungsprozess anescht wann d'Fabrikatioun am Raum gemaach gëtt.D'ESA Advenit Makaya erkläert: "Et gëtt eng Technik déi d'Analyse vun den Deeler beim Drock involvéiert."Dës Method hëlleft festzestellen, wéi eng gedréckte Produkter gëeegent sinn a wéi eng net.Zousätzlech gëtt et e Selbstkorrektursystem fir 3D Drécker fir de Weltraum geduecht a gëtt op Metallmaschinnen getest.Dëse System kann potenziell Feeler am Fabrikatiounsprozess identifizéieren an automatesch seng Parameteren änneren fir all Mängel am Deel ze korrigéieren.Dës zwee Systemer ginn erwaart d'Zouverlässegkeet vun de gedréckte Produkter am Weltraum ze verbesseren.
Fir 3D Dréckléisungen ze validéieren, hunn d'NASA an d'ESA Standards etabléiert.Dës Norme enthalen eng Serie vun Tester fir d'Zouverlässegkeet vun Deeler ze bestëmmen.Si betruechten d'Pulverbett Fusiounstechnologie a aktualiséieren se fir aner Prozesser.Wéi och ëmmer, vill grouss Spiller an der Materialindustrie, wéi Arkema, BASF, Dupont, a Sabic, bidden och dës Tracabilitéit.
Wunnen am Weltraum?
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 freet eis ob dëse Prozess an noer oder wäiter Zukunft benotzt ka ginn fir bewunnbar Strukturen am Weltall ze bauen.Wärend am Weltraum ze liewen ass momentan onrealistesch, Haiser bauen, besonnesch um Mound, kënne fir Astronaute bei der Ausféierung vun Raummissioune profitabel sinn.D'Zil vun der Europäescher Weltraumagence (ESA) ass Kuppelen um Mound mat Moundregolith ze bauen, déi benotzt kënne fir Maueren oder Zillen ze bauen fir Astronaute virun Stralung ze schützen.Laut 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 kann eng endlos Quell vu Sauerstoff ubidden wann se aus dësem Material extrahéiert ginn.
D'NASA huet e $ 57,2 Millioune Subventioun un ICON ausgezeechent fir en 3D-Drocksystem z'entwéckelen fir Strukturen op der Mounduewerfläch ze bauen a schafft och mat der Firma zesummen fir e Mars Dune Alpha Habitat ze kreéieren.D'Zil ass d'Liewensbedingunge um Mars ze testen andeems Fräiwëlleger an engem Liewensraum fir ee Joer liewen, d'Konditioune um roude Planéit simuléieren.Dës Efforten representéieren kritesch Schrëtt fir direkt 3D gedréckte Strukturen um Mound a Mars ze bauen, wat schlussendlech de Wee fir mënschlech Weltraumkoloniséierung kéinte maachen.
An der wäiter Zukunft kënnen dës Haiser d'Liewen erméiglechen am Weltraum z'iwwerliewen.
Post Zäit: Jun-14-2023