Аз асри 20 инҷониб, инсоният ба омӯхтани кайҳон ва фаҳмидани он чизе, ки дар паси Замин аст, шавқманд буд. Созмонҳои бузурге ба монанди NASA ва ESA дар сафи пеши омӯзиши кайҳон қарор доштанд ва бозигари муҳими дигари ин фатҳ чопи 3D мебошад. Бо қобилияти истеҳсоли босуръати қисмҳои мураккаб бо хароҷоти кам, ин технологияи тарроҳӣ дар ширкатҳо торафт маъмултар мешавад. Он эҷоди бисёр барномаҳоро, ба монанди моҳвораҳо, либосҳои кайҳонӣ ва ҷузъҳои мушак имконпазир мегардонад. Дар асл, тибқи маълумоти SmarTech, арзиши бозории истеҳсоли иловагии саноати кайҳонии хусусӣ то соли 2026 ба 2,1 миллиард евро мерасад. Ин саволро ба миён меорад: Чӣ гуна чопи 3D метавонад ба одамон дар кайҳон муваффақият ба даст орад?
Дар аввал, чопи 3D асосан барои прототипсозии босуръат дар соҳаҳои тиб, автомобилсозӣ ва кайҳонӣ истифода мешуд. Аммо, бо васеъ шудани ин технология, он барои ҷузъҳои мақсадноки ниҳоӣ бештар истифода мешавад. Технологияи истеҳсоли иловаҳои металлӣ, бахусус L-PBF, имкон дод, ки як қатор металлҳо бо хусусиятҳо ва устуворӣ, ки барои шароити фазоии шадид мувофиқанд, истеҳсол карда шаванд. Дигар технологияҳои чопи 3D, ба монанди DED, ҷӯйборкунии пайвандак ва раванди экструзия, инчунин дар истеҳсоли ҷузъҳои кайҳонӣ истифода мешаванд. Дар солҳои охир, моделҳои нави тиҷоратӣ пайдо шуданд, ки ширкатҳо ба монанди Made in Space ва Relativity Space аз технологияи чопи 3D барои тарроҳии ҷузъҳои кайҳонӣ истифода мебаранд.
Ширкати Relativity Space принтери сеандозаро барои саноати кайҳонӣ таҳия мекунад.
Технологияи чопи 3D дар соҳаи аэрокосмос
Акнун, ки мо онҳоро муаррифӣ кардем, биёед ба технологияҳои гуногуни чопи 3D, ки дар саноати аэрокосмос истифода мешаванд, аз наздик назар андозем. Аввалан, бояд қайд кард, ки истеҳсоли иловаҳои металлӣ, бахусус L-PBF, дар ин соҳа бештар истифода мешавад. Ин раванд истифодаи энергияи лазерро барои қабат ба қабат омехта кардани хокаи металлӣ дар бар мегирад. Он махсусан барои истеҳсоли қисмҳои хурд, мураккаб, дақиқ ва фармоишӣ мувофиқ аст. Истеҳсолкунандагони аэрокосмос инчунин метавонанд аз DED, ки гузоштани сим ё хокаи металлиро дар бар мегирад ва асосан барои таъмир, пӯшонидан ё истеҳсоли қисмҳои металлӣ ё сафолии фармоишӣ истифода мешавад, баҳра баранд.
Баръакс, резиши пайвандак, гарчанде ки аз ҷиҳати суръати истеҳсол ва арзиши паст муфид аст, барои истеҳсоли қисмҳои механикии баландсифат мувофиқ нест, зеро он қадамҳои тақвияти пас аз коркардро талаб мекунад, ки вақти истеҳсоли маҳсулоти ниҳоиро зиёд мекунанд. Технологияи экструзия инчунин дар муҳити кайҳонӣ самаранок аст. Бояд қайд кард, ки на ҳама полимерҳо барои истифода дар кайҳон мувофиқанд, аммо пластикҳои баландсифат ба монанди PEEK метавонанд баъзе қисмҳои металлиро аз сабаби мустаҳкамии худ иваз кунанд. Бо вуҷуди ин, ин раванди чопи сеандоза ҳанӯз ҳам чандон васеъ паҳн нашудааст, аммо он метавонад бо истифода аз маводҳои нав барои омӯхтани кайҳон дороии арзишманд гардад.
Лазерӣ бо қабати хокаи фюжнӣ (L-PBF) як технологияи васеъ истифодашаванда дар чопи 3D барои аэрокосмос мебошад.
Потенсиали маводҳои кайҳонӣ
Саноати аэрокосмӣ маводҳои навро тавассути чопи 3D меомӯзад ва алтернативаҳои инноватсиониро пешниҳод мекунад, ки метавонанд бозорро халалдор кунанд. Дар ҳоле ки металлҳо ба монанди титан, алюминий ва хӯлаҳои никел-хром ҳамеша таваҷҷӯҳи асосӣ буданд, маводи нав метавонад ба зудӣ таваҷҷӯҳро ба худ ҷалб кунад: реголитҳои моҳӣ. Реголитҳои моҳӣ қабати чангест, ки моҳро мепӯшонад ва ESA манфиатҳои якҷоя кардани онро бо чопи 3D нишон додааст. Адвенит Макая, муҳандиси калони истеҳсолии ESA, реголитҳои моҳӣро ба бетон монанд тавсиф мекунад, ки асосан аз кремний ва дигар унсурҳои кимиёвӣ, аз қабили оҳан, магний, алюминий ва оксиген иборат аст. ESA бо Lithoz ҳамкорӣ карда, қисмҳои хурди функсионалӣ, ба монанди винтҳо ва фишангҳоро бо истифода аз реголитҳои моҳӣ бо хосиятҳои монанд ба чангҳои воқеии моҳӣ истеҳсол мекунад.
Аксари равандҳое, ки дар истеҳсоли реголитҳои моҳӣ иштирок мекунанд, аз гармӣ истифода мебаранд, ки онро бо технологияҳо ба монанди SLS ва ҳалли чопи пайванди хока мувофиқ мегардонад. ESA инчунин аз технологияи D-Shape бо ҳадафи истеҳсоли қисмҳои сахт тавассути омехта кардани хлориди магний бо маводҳо ва якҷоя кардани он бо оксиди магний, ки дар намунаи симулятсияшуда мавҷуд аст, истифода мебарад. Яке аз бартариҳои назарраси ин маводи моҳӣ қарори чопи нозуки он аст, ки ба он имкон медиҳад қисмҳоро бо дақиқии баландтарин истеҳсол кунад. Ин хусусият метавонад дороии асосӣ дар васеъ кардани доираи татбиқ ва истеҳсоли ҷузъҳо барои пойгоҳҳои ояндаи моҳӣ гардад.
Реголитҳои моҳӣ дар ҳама ҷо ҳастанд
Инчунин реголитҳои Миррихӣ мавҷуданд, ки ба маводи зеризаминии дар Миррих ёфтшуда ишора мекунанд. Айни замон, оҷонсиҳои байналмилалии кайҳонӣ наметавонанд ин маводро барқарор кунанд, аммо ин ба олимон монеъ нашудааст, ки потенсиали онро дар баъзе лоиҳаҳои кайҳонӣ таҳқиқ кунанд. Муҳаққиқон аз намунаҳои симулятсияи ин мавод истифода мебаранд ва онро бо хӯлаи титан барои истеҳсоли асбобҳо ё ҷузъҳои мушак омехта мекунанд. Натиҷаҳои аввалия нишон медиҳанд, ки ин мавод қувваи баландтарро таъмин мекунад ва таҷҳизотро аз зангзанӣ ва зарари радиатсионӣ муҳофизат мекунад. Гарчанде ки ин ду мавод хосиятҳои монанд доранд, реголитҳои моҳӣ то ҳол маводи аз ҳама санҷидашуда мебошанд. Бартарии дигар дар он аст, ки ин маводҳоро метавон дар ҷои худ бидуни зарурати интиқоли ашёи хом аз Замин истеҳсол кард. Илова бар ин, реголит як манбаи беохири мавод аст, ки ба пешгирии камёбӣ мусоидат мекунад.
Истифодаи технологияи чопи 3D дар саноати аэрокосмос
Истифодаи технологияи чопи 3D дар саноати кайҳонӣ вобаста ба раванди мушаххаси истифодашаванда метавонад фарқ кунад. Масалан, омехтаи кати хокаи лазерӣ (L-PBF) метавонад барои истеҳсоли қисмҳои мураккаби кӯтоҳмуддат, ба монанди системаҳои асбобҳо ё қисмҳои эҳтиётии кайҳонӣ, истифода шавад. Launcher, як стартапи Калифорния, аз технологияи чопи 3D-и Velo3D, ки аз сапфир-металл сохта шудааст, барои такмил додани муҳаррики моеъи мушаки E-2 истифода бурд. Раванди истеҳсолкунанда барои сохтани турбинаи индуксионӣ истифода шуд, ки дар суръат бахшидан ва ворид кардани LOX (оксигени моеъ) ба камераи сӯзиш нақши муҳим дорад. Турбина ва сенсор ҳар кадоме бо истифода аз технологияи чопи 3D чоп ва сипас васл карда шуданд. Ин ҷузъи инноватсионӣ ба мушак ҷараёни бештари моеъ ва қуввати бештарро таъмин мекунад ва онро қисми муҳими муҳаррик мегардонад.
Velo3D ба истифодаи технологияи PBF дар истеҳсоли муҳаррики моеъи мушакии E-2 саҳм гузошт.
Истеҳсоли иловагиҳо барномаҳои васеъ дорад, аз ҷумла истеҳсоли сохторҳои хурду калон. Масалан, технологияҳои чопи сеандоза, ба монанди ҳалли Stargate аз Relativity Space, метавонанд барои истеҳсоли қисмҳои калон, ба монанди зарфҳои сӯзишвории мушак ва парраҳои винтӣ, истифода шаванд. Relativity Space инро тавассути истеҳсоли бомуваффақияти Terran 1, мушаки қариб пурра бо чопи сеандоза, ки зарфи сӯзишвории чандметраро дар бар мегирад, исбот кардааст. Аввалин партоби он дар 23 марти соли 2023 самаранокӣ ва эътимоднокии равандҳои истеҳсоли иловагиро нишон дод.
Технологияи чопи сеандозаи экструзионӣ инчунин имкон медиҳад, ки қисмҳо бо истифода аз маводҳои баландсифат, ба монанди PEEK, истеҳсол карда шаванд. Қисмҳои аз ин термопластик сохташуда аллакай дар кайҳон санҷида шудаанд ва ҳамчун як қисми миссияи моҳӣ дар киштии ровери Рашид ҷойгир карда шудаанд. Ҳадафи ин озмоиш арзёбии муқовимати PEEK ба шароити шадиди моҳӣ буд. Дар сурати муваффақ шудан, PEEK метавонад қисмҳои металлиро дар ҳолатҳое, ки қисмҳои металлӣ мешикананд ё маводҳо камёбанд, иваз кунад. Илова бар ин, хосиятҳои сабуки PEEK метавонанд дар омӯзиши кайҳон арзишманд бошанд.
Технологияи чопи 3D метавонад барои истеҳсоли қисмҳои гуногун барои саноати аэрокосмос истифода шавад.
Афзалиятҳои чопи 3D дар саноати аэрокосмос
Бартариҳои чопи 3D дар саноати кайҳонӣ дар муқоиса бо усулҳои анъанавии сохтмон беҳтар шудани намуди ниҳоии қисмҳоро дар бар мегиранд. Йоханнес Хома, директори генералии истеҳсолкунандаи чопи 3D-и австриягӣ Lithoz, изҳор дошт, ки "ин технология қисмҳоро сабуктар мекунад". Аз сабаби озодии тарроҳӣ, маҳсулоти чопи 3D самараноктаранд ва захираҳои камтарро талаб мекунанд. Ин ба таъсири экологӣ дар истеҳсоли қисмҳо таъсири мусбат мерасонад. Relativity Space нишон дод, ки истеҳсоли иловагиҳо метавонад шумораи ҷузъҳои заруриро барои истеҳсоли киштиҳои кайҳонӣ ба таври назаррас коҳиш диҳад. Барои мушаки Terran 1, 100 қисм сарфа карда шуд. Илова бар ин, ин технология дар суръати истеҳсол бартариҳои назаррас дорад, ки мушак дар камтар аз 60 рӯз ба анҷом мерасад. Баръакс, истеҳсоли мушак бо истифода аз усулҳои анъанавӣ метавонад якчанд солро дар бар гирад.
Дар мавриди идоракунии захираҳо, чопи 3D метавонад маводро сарфа кунад ва дар баъзе мавридҳо ҳатто имкони коркарди партовҳоро фароҳам оварад. Ниҳоят, истеҳсоли иловагӣ метавонад барои кам кардани вазни парвози мушакҳо дороии арзишманд гардад. Ҳадаф истифодаи ҳадди аксар аз маводҳои маҳаллӣ, ба монанди реголит ва кам кардани интиқоли маводҳо дар дохили киштиҳои кайҳонӣ мебошад. Ин имкон медиҳад, ки танҳо як принтери 3D интиқол дода шавад, ки пас аз сафар метавонад ҳама чизро дар макон эҷод кунад.
Ширкати Made in Space аллакай яке аз принтерҳои 3D-и худро барои санҷиш ба кайҳон фиристодааст.
Маҳдудиятҳои чопи 3D дар фазо
Гарчанде ки чопи 3D бартариҳои зиёд дорад, ин технология ҳанӯз нисбатан нав аст ва маҳдудиятҳо дорад. Адвенит Макая изҳор дошт: "Яке аз мушкилоти асосии истеҳсоли иловагиҳо дар саноати аэрокосмос назорати раванд ва тасдиқи онҳост." Истеҳсолкунандагон метавонанд ба лаборатория ворид шаванд ва пеш аз тасдиқ, раванде бо номи санҷиши ғайривайронкунанда (NDT), мустаҳкамӣ, эътимоднокӣ ва сохтори микросохтори ҳар як қисмро санҷанд. Аммо, ин метавонад ҳам вақтро талаб кунад ва ҳам гарон бошад, аз ин рӯ ҳадафи ниҳоӣ кам кардани ниёз ба ин санҷишҳо мебошад. NASA ба наздикӣ як марказеро барои ҳалли ин масъала таъсис дод, ки ба сертификатсияи босуръати ҷузъҳои металлӣ, ки бо роҳи истеҳсоли иловагиҳо истеҳсол мешаванд, нигаронида шудааст. Марказ ҳадаф дорад, ки дугоникҳои рақамиро барои беҳтар кардани моделҳои компютерии маҳсулот истифода барад, ки ба муҳандисон кӯмак мекунад, ки самаранокӣ ва маҳдудиятҳои қисмҳоро беҳтар дарк кунанд, аз ҷумла онҳо то чӣ андоза фишорро пеш аз шикастан таҳаммул карда метавонанд. Бо ин кор, марказ умедвор аст, ки ба пешбурди татбиқи чопи 3D дар саноати аэрокосмос мусоидат кунад ва онро дар рақобат бо усулҳои анъанавии истеҳсолӣ самараноктар гардонад.
Ин қисмҳо аз озмоиши ҳамаҷонибаи эътимоднокӣ ва мустаҳкамӣ гузаштаанд.
Аз тарафи дигар, раванди тасдиқкунӣ фарқ мекунад, агар истеҳсолот дар кайҳон анҷом дода шавад. Адвенит Макая аз ESA мефаҳмонад: "Усуле вуҷуд дорад, ки таҳлили қисмҳоро ҳангоми чоп дар бар мегирад." Ин усул барои муайян кардани он, ки кадом маҳсулоти чопӣ мувофиқанд ва кадоме не, кӯмак мекунад. Илова бар ин, системаи худтанзимкунӣ барои чопгарҳои 3D, ки барои кайҳон пешбинӣ шудаанд, мавҷуд аст ва дар мошинҳои металлӣ санҷида мешавад. Ин система метавонад хатогиҳои эҳтимолиро дар раванди истеҳсолот муайян кунад ва параметрҳои худро ба таври худкор барои ислоҳи ҳама гуна камбудиҳо дар қисм тағйир диҳад. Интизор меравад, ки ин ду система эътимоднокии маҳсулоти чопиро дар кайҳон беҳтар кунанд.
Барои тасдиқи роҳҳои ҳалли чопи сеандоза, NASA ва ESA стандартҳоро муқаррар кардаанд. Ин стандартҳо як қатор санҷишҳоро барои муайян кардани эътимоднокии қисмҳо дар бар мегиранд. Онҳо технологияи омехтаи қабатҳои хокагиро баррасӣ мекунанд ва онҳоро барои равандҳои дигар навсозӣ мекунанд. Бо вуҷуди ин, бисёре аз бозигарони асосии саноати мавод, ба монанди Arkema, BASF, Dupont ва Sabic, низ ин пайгирӣро таъмин мекунанд.
Зиндагӣ дар фазо?
Бо пешрафти технологияи чопи 3D, мо дар Замин бисёр лоиҳаҳои муваффақро дидем, ки аз ин технология барои сохтани хонаҳо истифода мебаранд. Ин моро водор мекунад, ки фикр кунем, ки оё ин раванд метавонад дар ояндаи наздик ё дур барои сохтани сохторҳои истиқоматӣ дар кайҳон истифода шавад. Дар ҳоле ки зиндагӣ дар кайҳон айни замон ғайривоқеӣ аст, сохтани хонаҳо, бахусус дар Моҳ, метавонад барои кайҳоннавардон дар иҷрои миссияҳои кайҳонӣ муфид бошад. Ҳадафи Оҷонсии кайҳонии Аврупо (ESA) сохтани гунбазҳо дар Моҳ бо истифода аз реголитҳои моҳӣ мебошад, ки онро барои сохтани деворҳо ё хиштҳо барои ҳифзи кайҳоннавардон аз радиатсия истифода бурдан мумкин аст. Ба гуфтаи Адвенит Макая аз ESA, реголитҳои моҳӣ аз тақрибан 60% металл ва 40% оксиген иборатанд ва маводи муҳим барои зинда мондани кайҳоннавардон мебошанд, зеро агар аз ин мавод истихроҷ карда шавад, он метавонад манбаи беохири оксигенро таъмин кунад.
NASA ба ICON барои таҳияи системаи чопи 3D барои сохтани сохторҳо дар сатҳи Моҳ гранти 57,2 миллион долларӣ додааст ва инчунин бо ширкат барои эҷоди макони зисти Mars Dune Alpha ҳамкорӣ мекунад. Ҳадаф озмоиши шароити зиндагӣ дар Миррих тавассути зиндагӣ дар макони зисти ихтиёриён ба муддати як сол ва тақлид кардани шароит дар Сайёраи Сурх мебошад. Ин талошҳо қадамҳои муҳимро дар самти сохтани мустақими сохторҳои чопи 3D дар Моҳ ва Миррих ифода мекунанд, ки дар ниҳоят метавонад роҳро барои мустамликадории кайҳонии инсон ҳамвор кунад.
Дар ояндаи дур, ин хонаҳо метавонанд ба зинда мондани ҳаёт дар кайҳон имкон диҳанд.
Вақти нашр: 14 июни соли 2023
