Ers yr 20fed ganrif, mae'r hil ddynol wedi'i swyno gan archwilio'r gofod a deall yr hyn sydd y tu hwnt i'r Ddaear.Mae sefydliadau mawr fel NASA ac ESA wedi bod ar flaen y gad o ran archwilio’r gofod, a chwaraewr pwysig arall yn y goncwest hon yw argraffu 3D.Gyda'r gallu i gynhyrchu rhannau cymhleth yn gyflym am gost isel, mae'r dechnoleg ddylunio hon yn dod yn fwyfwy poblogaidd mewn cwmnïau.Mae'n ei gwneud yn bosibl creu llawer o gymwysiadau, megis lloerennau, siwtiau gofod, a chydrannau roced.Mewn gwirionedd, yn ôl SmarTech, disgwylir i werth marchnad gweithgynhyrchu ychwanegion y diwydiant gofod preifat gyrraedd €2.1 biliwn erbyn 2026. Mae hyn yn codi'r cwestiwn: Sut gall argraffu 3D helpu bodau dynol i ragori yn y gofod?
I ddechrau, defnyddiwyd argraffu 3D yn bennaf ar gyfer prototeipio cyflym yn y diwydiannau meddygol, modurol ac awyrofod.Fodd bynnag, wrth i'r dechnoleg ddod yn fwy eang, mae'n cael ei defnyddio'n gynyddol ar gyfer cydrannau pwrpas terfynol.Mae technoleg gweithgynhyrchu ychwanegion metel, yn enwedig L-PBF, wedi caniatáu cynhyrchu amrywiaeth o fetelau gyda nodweddion a gwydnwch sy'n addas ar gyfer amodau gofod eithafol.Defnyddir technolegau argraffu 3D eraill, megis DED, chwistrelliad rhwymwr, a phroses allwthio, hefyd wrth weithgynhyrchu cydrannau awyrofod.Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae modelau busnes newydd wedi dod i'r amlwg, gyda chwmnïau fel Made in Space a Relativity Space yn defnyddio technoleg argraffu 3D i ddylunio cydrannau awyrofod.
Relativity Space yn datblygu argraffydd 3D ar gyfer y diwydiant awyrofod
Technoleg argraffu 3D mewn awyrofod
Nawr ein bod wedi eu cyflwyno, gadewch i ni edrych yn agosach ar y technolegau argraffu 3D amrywiol a ddefnyddir yn y diwydiant awyrofod.Yn gyntaf, dylid nodi mai gweithgynhyrchu ychwanegion metel, yn enwedig L-PBF, yw'r un a ddefnyddir fwyaf yn y maes hwn.Mae'r broses hon yn cynnwys defnyddio ynni laser i asio powdr metel fesul haen.Mae'n arbennig o addas ar gyfer cynhyrchu rhannau bach, cymhleth, manwl gywir ac wedi'u haddasu.Gall gweithgynhyrchwyr awyrofod hefyd elwa o DED, sy'n cynnwys adneuo gwifren fetel neu bowdr ac a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer atgyweirio, cotio, neu gynhyrchu rhannau metel neu seramig wedi'u haddasu.
Mewn cyferbyniad, nid yw chwistrellu rhwymwr, er ei fod yn fanteisiol o ran cyflymder cynhyrchu a chost isel, yn addas ar gyfer cynhyrchu rhannau mecanyddol perfformiad uchel oherwydd bod angen camau cryfhau ôl-brosesu sy'n cynyddu amser gweithgynhyrchu'r cynnyrch terfynol.Mae technoleg allwthio hefyd yn effeithiol yn yr amgylchedd gofod.Dylid nodi nad yw pob polymer yn addas i'w ddefnyddio yn y gofod, ond gall plastigion perfformiad uchel fel PEEK ddisodli rhai rhannau metel oherwydd eu cryfder.Fodd bynnag, nid yw'r broses argraffu 3D hon yn eang iawn o hyd, ond gall ddod yn ased gwerthfawr ar gyfer archwilio gofod trwy ddefnyddio deunyddiau newydd.
Mae Cyfuniad Gwely Powdwr Laser (L-PBF) yn dechnoleg a ddefnyddir yn eang mewn argraffu 3D ar gyfer awyrofod.
Potensial Deunyddiau Gofod
Mae'r diwydiant awyrofod wedi bod yn archwilio deunyddiau newydd trwy argraffu 3D, gan gynnig dewisiadau amgen arloesol a allai amharu ar y farchnad.Er bod metelau fel titaniwm, alwminiwm, ac aloion nicel-cromiwm bob amser wedi bod yn brif ffocws, efallai y bydd deunydd newydd yn dwyn y chwyddwydr yn fuan: regolith lleuad.Mae regolith lleuad yn haen o lwch sy'n gorchuddio'r lleuad, ac mae ESA wedi dangos manteision ei gyfuno ag argraffu 3D.Mae Advenit Makaya, uwch beiriannydd gweithgynhyrchu o ESA, yn disgrifio regolith lleuad fel rhywbeth tebyg i goncrit, sy'n cynnwys silicon yn bennaf ac elfennau cemegol eraill fel haearn, magnesiwm, alwminiwm ac ocsigen.Mae ESA wedi partneru â Lithoz i gynhyrchu rhannau swyddogaethol bach fel sgriwiau a gerau gan ddefnyddio regolith lleuad efelychiedig gydag eiddo tebyg i lwch lleuad go iawn.
Mae'r rhan fwyaf o'r prosesau sy'n ymwneud â gweithgynhyrchu regolith lleuad yn defnyddio gwres, gan ei wneud yn gydnaws â thechnolegau megis SLS a datrysiadau argraffu bondio powdr.Mae ESA hefyd yn defnyddio technoleg Siâp D gyda'r nod o gynhyrchu rhannau solet trwy gymysgu magnesiwm clorid â deunyddiau a'i gyfuno â magnesiwm ocsid a geir yn y sbesimen efelychiedig.Un o fanteision sylweddol y deunydd lleuad hwn yw ei gydraniad print mân, sy'n ei alluogi i gynhyrchu rhannau gyda'r manylder uchaf.Gallai'r nodwedd hon ddod yn brif ased ar gyfer ehangu'r ystod o gymwysiadau a chydrannau gweithgynhyrchu ar gyfer canolfannau lleuad yn y dyfodol.
Mae Regolith Lunar yn Ym mhobman
Mae yna hefyd regolith Mars, sy'n cyfeirio at ddeunydd is-wyneb a ddarganfuwyd ar y blaned Mawrth.Ar hyn o bryd, ni all asiantaethau gofod rhyngwladol adennill y deunydd hwn, ond nid yw hyn wedi atal gwyddonwyr rhag ymchwilio i'w botensial mewn rhai prosiectau awyrofod.Mae ymchwilwyr yn defnyddio sbesimenau efelychiedig o'r deunydd hwn ac yn ei gyfuno ag aloi titaniwm i gynhyrchu offer neu gydrannau roced.Mae canlyniadau cychwynnol yn dangos y bydd y deunydd hwn yn darparu cryfder uwch ac yn amddiffyn offer rhag rhydu a difrod ymbelydredd.Er bod gan y ddau ddeunydd hyn briodweddau tebyg, regolith lleuad yw'r deunydd a brofwyd fwyaf o hyd.Mantais arall yw y gellir cynhyrchu'r deunyddiau hyn ar y safle heb yr angen i gludo deunyddiau crai o'r Ddaear.Yn ogystal, mae regolith yn ffynhonnell ddeunydd ddihysbydd, sy'n helpu i atal prinder.
Cymwysiadau technoleg argraffu 3D yn y diwydiant awyrofod
Gall cymwysiadau technoleg argraffu 3D yn y diwydiant awyrofod amrywio yn dibynnu ar y broses benodol a ddefnyddir.Er enghraifft, gellir defnyddio ymasiad gwely powdr laser (L-PBF) i gynhyrchu rhannau tymor byr cymhleth, megis systemau offer neu rannau sbâr gofod.Defnyddiodd Launcher, cwmni cychwyn o California, dechnoleg argraffu 3D metel saffir Velo3D i wella ei injan roced hylif E-2.Defnyddiwyd proses y gwneuthurwr i greu'r tyrbin anwytho, sy'n chwarae rhan hanfodol wrth gyflymu a gyrru LOX (ocsigen hylifol) i'r siambr hylosgi.Argraffwyd y tyrbin a'r synhwyrydd gan ddefnyddio technoleg argraffu 3D ac yna eu cydosod.Mae'r gydran arloesol hon yn rhoi mwy o lif hylif a mwy o wthiad i'r roced, gan ei gwneud yn rhan hanfodol o'r injan
Cyfrannodd Velo3D at y defnydd o dechnoleg PBF wrth weithgynhyrchu'r injan roced hylif E-2.
Mae gan weithgynhyrchu ychwanegion gymwysiadau eang, gan gynnwys cynhyrchu strwythurau bach a mawr.Er enghraifft, gellir defnyddio technolegau argraffu 3D fel ateb Stargate Relativity Space i gynhyrchu rhannau mawr fel tanciau tanwydd roced a llafnau gwthio.Mae Relativity Space wedi profi hyn trwy gynhyrchiad llwyddiannus y Terran 1, roced wedi'i hargraffu bron yn gyfan gwbl mewn 3D, gan gynnwys tanc tanwydd sawl metr o hyd.Dangosodd ei lansiad cyntaf ar Fawrth 23, 2023, effeithlonrwydd a dibynadwyedd prosesau gweithgynhyrchu ychwanegion.
Mae technoleg argraffu 3D sy'n seiliedig ar allwthio hefyd yn caniatáu ar gyfer cynhyrchu rhannau gan ddefnyddio deunyddiau perfformiad uchel fel PEEK.Mae cydrannau a wnaed o'r thermoplastig hwn eisoes wedi'u profi yn y gofod ac fe'u gosodwyd ar rover Rashid fel rhan o genhadaeth lleuad yr Emiradau Arabaidd Unedig.Pwrpas y prawf hwn oedd gwerthuso gwrthwynebiad PEEK i amodau lleuad eithafol.Os bydd yn llwyddiannus, efallai y bydd PEEK yn gallu disodli rhannau metel mewn sefyllfaoedd lle mae rhannau metel yn torri neu ddeunyddiau'n brin.Yn ogystal, gall priodweddau ysgafn PEEK fod o werth wrth archwilio'r gofod.
Gellir defnyddio technoleg argraffu 3D i gynhyrchu amrywiaeth o rannau ar gyfer y diwydiant awyrofod.
Manteision argraffu 3D yn y diwydiant awyrofod
Mae manteision argraffu 3D yn y diwydiant awyrofod yn cynnwys gwell ymddangosiad terfynol o rannau o'i gymharu â thechnegau adeiladu traddodiadol.Dywedodd Johannes Homa, Prif Swyddog Gweithredol gwneuthurwr argraffwyr 3D Awstria, Lithoz, fod "y dechnoleg hon yn gwneud rhannau'n ysgafnach."Oherwydd rhyddid dylunio, mae cynhyrchion printiedig 3D yn fwy effeithlon ac mae angen llai o adnoddau arnynt.Mae hyn yn cael effaith gadarnhaol ar effaith amgylcheddol cynhyrchu rhan.Mae Relativity Space wedi dangos y gall gweithgynhyrchu ychwanegion leihau'n sylweddol nifer y cydrannau sydd eu hangen i weithgynhyrchu llongau gofod.Ar gyfer roced Terran 1, arbedwyd 100 o rannau.Yn ogystal, mae gan y dechnoleg hon fanteision sylweddol mewn cyflymder cynhyrchu, gyda'r roced yn cael ei chwblhau mewn llai na 60 diwrnod.Mewn cyferbyniad, gallai gweithgynhyrchu roced gan ddefnyddio dulliau traddodiadol gymryd sawl blwyddyn.
O ran rheoli adnoddau, gall argraffu 3D arbed deunyddiau ac, mewn rhai achosion, hyd yn oed ganiatáu ar gyfer ailgylchu gwastraff.Yn olaf, gall gweithgynhyrchu ychwanegion ddod yn ased gwerthfawr ar gyfer lleihau pwysau esgyn rocedi.Y nod yw gwneud y defnydd gorau o ddeunyddiau lleol, fel regolith, a lleihau cludo deunyddiau o fewn llongau gofod.Mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl cario argraffydd 3D yn unig, a all greu popeth ar y safle ar ôl y daith.
Mae Made in Space eisoes wedi anfon un o'u hargraffwyr 3D i'r gofod i'w brofi.
Cyfyngiadau argraffu 3D yn y gofod
Er bod gan argraffu 3D lawer o fanteision, mae'r dechnoleg yn dal yn gymharol newydd ac mae ganddi gyfyngiadau.Dywedodd Advenit Makaya, "Un o'r prif broblemau gyda gweithgynhyrchu ychwanegion yn y diwydiant awyrofod yw rheoli a dilysu prosesau."Gall gweithgynhyrchwyr fynd i mewn i'r labordy a phrofi cryfder, dibynadwyedd a microstrwythur pob rhan cyn dilysu, proses a elwir yn brofion annistrywiol (NDT).Fodd bynnag, gall hyn gymryd llawer o amser ac yn ddrud, felly'r nod yn y pen draw yw lleihau'r angen am y profion hyn.Yn ddiweddar, sefydlodd NASA ganolfan i fynd i'r afael â'r mater hwn, gan ganolbwyntio ar ardystio cydrannau metel yn gyflym a weithgynhyrchir gan weithgynhyrchu ychwanegion.Nod y ganolfan yw defnyddio efeilliaid digidol i wella modelau cyfrifiadurol o gynhyrchion, a fydd yn helpu peirianwyr i ddeall perfformiad a chyfyngiadau rhannau yn well, gan gynnwys faint o bwysau y gallant ei wrthsefyll cyn torri asgwrn.Drwy wneud hynny, mae'r ganolfan yn gobeithio helpu i hyrwyddo cymhwyso argraffu 3D yn y diwydiant awyrofod, gan ei gwneud yn fwy effeithiol wrth gystadlu â thechnegau gweithgynhyrchu traddodiadol.
Mae'r cydrannau hyn wedi cael profion dibynadwyedd a chryfder cynhwysfawr.
Ar y llaw arall, mae'r broses ddilysu yn wahanol os gwneir gweithgynhyrchu yn y gofod.Mae Advenit Makaya ESA yn esbonio, "Mae yna dechneg sy'n cynnwys dadansoddi'r rhannau wrth argraffu."Mae'r dull hwn yn helpu i benderfynu pa gynhyrchion printiedig sy'n addas a pha rai nad ydynt.Yn ogystal, mae system hunan-gywiro ar gyfer argraffwyr 3D a fwriedir ar gyfer gofod ac yn cael ei brofi ar beiriannau metel.Gall y system hon nodi gwallau posibl yn y broses weithgynhyrchu ac addasu ei baramedrau yn awtomatig i gywiro unrhyw ddiffygion yn y rhan.Disgwylir i'r ddwy system hyn wella dibynadwyedd cynhyrchion printiedig yn y gofod.
Er mwyn dilysu atebion argraffu 3D, mae NASA ac ESA wedi sefydlu safonau.Mae'r safonau hyn yn cynnwys cyfres o brofion i bennu dibynadwyedd rhannau.Maent yn ystyried technoleg ymasiad gwely powdr ac yn eu diweddaru ar gyfer prosesau eraill.Fodd bynnag, mae llawer o chwaraewyr mawr yn y diwydiant deunyddiau, megis Arkema, BASF, Dupont, a Sabic, hefyd yn darparu'r olrhain hwn.
Byw yn y gofod?
Gyda datblygiad technoleg argraffu 3D, rydym wedi gweld llawer o brosiectau llwyddiannus ar y Ddaear sy'n defnyddio'r dechnoleg hon i adeiladu tai.Mae hyn yn gwneud i ni feddwl tybed a ellid defnyddio'r broses hon yn y dyfodol agos neu bell i adeiladu strwythurau cyfannedd yn y gofod.Er bod byw yn y gofod yn afrealistig ar hyn o bryd, gall adeiladu tai, yn enwedig ar y lleuad, fod o fudd i ofodwyr wrth iddynt gyflawni teithiau gofod.Nod yr Asiantaeth Ofod Ewropeaidd (ESA) yw adeiladu cromenni ar y lleuad gan ddefnyddio regolith lleuad, y gellir eu defnyddio i adeiladu waliau neu frics i amddiffyn gofodwyr rhag ymbelydredd.Yn ôl Advenit Makaya o ESA, mae regolith lleuad yn cynnwys tua 60% metel a 40% ocsigen ac mae'n ddeunydd hanfodol ar gyfer goroesi gofodwr oherwydd gall ddarparu ffynhonnell ddiddiwedd o ocsigen os caiff ei dynnu o'r deunydd hwn.
Mae NASA wedi dyfarnu grant $57.2 miliwn i ICON ar gyfer datblygu system argraffu 3D ar gyfer adeiladu strwythurau ar wyneb y lleuad ac mae hefyd yn cydweithio â'r cwmni i greu cynefin Mars Twyni Alpha.Y nod yw profi amodau byw ar y blaned Mawrth trwy gael gwirfoddolwyr i fyw mewn cynefin am flwyddyn, gan efelychu amodau ar y Blaned Goch.Mae'r ymdrechion hyn yn cynrychioli camau hanfodol tuag at adeiladu strwythurau printiedig 3D yn uniongyrchol ar y lleuad a'r blaned Mawrth, a allai yn y pen draw baratoi'r ffordd ar gyfer gwladychu gofod dynol.
Yn y dyfodol pell, gallai'r tai hyn alluogi bywyd i oroesi yn y gofod.
Amser postio: Mehefin-14-2023