20-р зуунаас хойш хүн төрөлхтөн сансар огторгуйг судлах, дэлхийн цаана юу байгааг ойлгоход сонирхолтой байсан. НАСА, ESA зэрэг томоохон байгууллагууд сансрын судалгааны тэргүүн эгнээнд байсан бөгөөд энэхүү байлдан дагууллын бас нэгэн чухал тоглогч бол 3D хэвлэх явдал юм. Нарийн төвөгтэй эд ангиудыг хямд өртгөөр хурдан үйлдвэрлэх чадвартай тул энэхүү дизайны технологи нь компаниудад улам бүр түгээмэл болж байна. Энэ нь хиймэл дагуул, сансрын хувцас, пуужингийн эд анги зэрэг олон програмыг бий болгох боломжийг олгодог. Үнэндээ SmarTech-ийн мэдээлснээр хувийн сансрын салбарын нэмэлт үйлдвэрлэлийн зах зээлийн үнэлгээ 2026 он гэхэд 2.1 тэрбум еврод хүрнэ гэж тооцоолж байна. Энэ нь асуултыг бий болгож байна: 3D хэвлэх нь хүмүүст сансарт амжилтанд хүрэхэд хэрхэн туслах вэ?
Эхэндээ 3D хэвлэлтийг голчлон анагаах ухаан, автомашин, сансар судлалын салбарт хурдан туршилтын загвар гаргахад ашигладаг байсан. Гэсэн хэдий ч энэ технологи улам өргөн тархсан тул эцсийн зориулалттай эд ангиудад улам бүр ашиглагдаж байна. Металл нэмэлт үйлдвэрлэлийн технологи, ялангуяа L-PBF нь хэт туйлширсан орон зайн нөхцөлд тохиромжтой шинж чанар, бат бөх чанар бүхий төрөл бүрийн металл үйлдвэрлэх боломжийг олгосон. DED, холбогч тийрэлтэт, шахах процесс зэрэг бусад 3D хэвлэлийн технологиудыг сансар судлалын эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Сүүлийн жилүүдэд Made in Space, Relativity Space зэрэг компаниуд сансар судлалын эд ангиудыг зохион бүтээхэд 3D хэвлэлийн технологийг ашиглаж байгаа шинэ бизнесийн загварууд гарч ирэв.
Харьцангуйн орон зай нь сансар судлалын салбарт зориулсан 3D хэвлэгчийг хөгжүүлж байна
Агаарын сансар судлал дахь 3D хэвлэх технологи
Одоо бид тэдгээрийг танилцуулсан тул сансар судлалын салбарт хэрэглэгддэг янз бүрийн 3D хэвлэх технологийг нарийвчлан авч үзье. Нэгдүгээрт, металлын нэмэлт үйлдвэрлэл, ялангуяа L-PBF нь энэ салбарт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ үйл явц нь лазерын энергийг ашиглан металл нунтаг давхаргаар хайлуулахыг шаарддаг. Энэ нь жижиг, нарийн төвөгтэй, нарийн, захиалгат эд анги үйлдвэрлэхэд онцгой тохиромжтой. Сансар судлалын үйлдвэрлэгчид мөн металл утас эсвэл нунтаг түрхэх, голчлон захиалгат металл эсвэл керамик эд ангиудыг засах, бүрэх, үйлдвэрлэхэд ашигладаг DED-ээс ашиг хүртэх боломжтой.
Үүний эсрэгээр, холбогч тийрэлтэт нь үйлдвэрлэлийн хурд болон хямд өртгийн хувьд давуу талтай боловч өндөр хүчин чадалтай механик эд анги үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй, учир нь эцсийн бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн хугацааг нэмэгдүүлдэг боловсруулалтын дараах бэхжүүлэх алхмуудыг шаарддаг. Шахмал технологи нь сансрын орчинд ч үр дүнтэй байдаг. Бүх полимерүүд сансарт ашиглахад тохиромжтой биш гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй боловч PEEK зэрэг өндөр хүчин чадалтай хуванцарууд нь бат бөх чанараасаа шалтгаалан зарим металл эд ангиудыг орлож чаддаг. Гэсэн хэдий ч энэхүү 3D хэвлэх үйл явц нь тийм ч өргөн тархаагүй хэвээр байгаа ч шинэ материал ашиглан сансрын судалгаанд үнэ цэнэтэй хөрөнгө болж чадна.
Лазер нунтаг ортой хайлуулах (L-PBF) нь сансар судлалын 3D хэвлэлтэд өргөн хэрэглэгддэг технологи юм.
Сансрын материалын боломж
Агаарын тээврийн салбар 3D хэвлэх замаар шинэ материалыг судалж, зах зээлийг гажуудуулж болзошгүй шинэлэг хувилбаруудыг санал болгож байна. Титан, хөнгөн цагаан, никель-хромын хайлш зэрэг металлууд үргэлж гол анхаарлын төвд байсаар ирсэн ч удахгүй шинэ материал болох сарны реголит анхаарлын төвд орж магадгүй юм. Сарны реголит нь сарыг бүрхсэн тоосны давхарга бөгөөд ESA үүнийг 3D хэвлэхтэй хослуулахын ач тусыг харуулсан. ESA-ийн ахлах үйлдвэрлэлийн инженер Адвенит Макая сарны реголитийг бетонтой төстэй, голчлон цахиур болон төмөр, магни, хөнгөн цагаан, хүчилтөрөгч зэрэг бусад химийн элементүүдээс бүрддэг гэж тодорхойлжээ. ESA нь жинхэнэ сарны тоостой төстэй шинж чанартай дуураймал сарны реголит ашиглан эрэг, араа зэрэг жижиг функциональ эд анги үйлдвэрлэхийн тулд Lithoz-той хамтран ажиллаж байна.
Сарны реголит үйлдвэрлэхэд оролцдог ихэнх процессууд нь дулааныг ашигладаг тул SLS болон нунтаг холболтын хэвлэх шийдэл зэрэг технологиудтай нийцдэг. ESA нь мөн магнийн хлоридыг материалтай хольж, загварчилсан дээжинд байгаа магнийн исэлтэй нэгтгэснээр хатуу эд анги үйлдвэрлэх зорилгоор D-Shape технологийг ашиглаж байна. Энэхүү сарны материалын чухал давуу талуудын нэг нь нарийн хэвлэх нягтрал бөгөөд эд ангиудыг хамгийн өндөр нарийвчлалтайгаар үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Энэ онцлог нь ирээдүйн сарны баазуудад зориулсан хэрэглээний хүрээ, үйлдвэрлэлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өргөжүүлэхэд гол хөрөнгө болж чадна.
Сарны Реголит хаа сайгүй байдаг
Мөн Ангараг гараг дээр олдсон газрын доорх материалыг хэлдэг Ангараг гарагийн реголит гэж байдаг. Одоогийн байдлаар олон улсын сансрын агентлагууд энэ материалыг сэргээж чадахгүй байгаа ч энэ нь эрдэмтдийг сансрын зарим төслүүдэд түүний боломжийг судлахад саад болоогүй юм. Судлаачид энэ материалын дуураймал дээжийг ашиглаж, титаны хайлштай нэгтгэн багаж хэрэгсэл эсвэл пуужингийн эд анги үйлдвэрлэж байна. Эхний үр дүнгээс харахад энэ материал нь илүү өндөр бат бэх чанарыг өгч, тоног төхөөрөмжийг зэврэлт болон цацрагийн гэмтлээс хамгаална. Эдгээр хоёр материал ижил төстэй шинж чанартай боловч сарны реголит нь хамгийн их туршигдсан материал хэвээр байна. Өөр нэг давуу тал нь эдгээр материалыг Дэлхийгээс түүхий эд тээвэрлэх шаардлагагүйгээр газар дээр нь үйлдвэрлэх боломжтой юм. Үүнээс гадна реголит нь шавхагдашгүй материалын эх үүсвэр бөгөөд хомсдолоос урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.
Агаарын тээврийн салбарт 3D хэвлэх технологийн хэрэглээ
Агаарын тээврийн салбарт 3D хэвлэх технологийн хэрэглээ нь ашигласан тодорхой процессоос хамааран өөр өөр байж болно. Жишээлбэл, лазер нунтаг давхаргын хайлш (L-PBF)-ийг багажны систем эсвэл сансрын сэлбэг хэрэгсэл гэх мэт нарийн төвөгтэй богино хугацааны эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Калифорнид төвтэй стартап компани болох Launcher нь E-2 шингэн пуужингийн хөдөлгүүрээ сайжруулахын тулд Velo3D-ийн индранил металл 3D хэвлэх технологийг ашигласан. Үйлдвэрлэгчийн процессыг индукцийн турбин бүтээхэд ашигласан бөгөөд энэ нь LOX (шингэн хүчилтөрөгч)-ийг шаталтын камер руу хурдасгах, түлхэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Турбин болон мэдрэгчийг тус бүрийг 3D хэвлэх технологийг ашиглан хэвлээд дараа нь угсарсан. Энэхүү шинэлэг бүрэлдэхүүн хэсэг нь пуужинд илүү их шингэний урсгал, илүү их түлхэлтийг өгдөг тул хөдөлгүүрийн чухал хэсэг болгодог.
Velo3D нь E-2 шингэн пуужингийн хөдөлгүүр үйлдвэрлэхэд PBF технологийг ашиглахад хувь нэмэр оруулсан.
Нэмэлт үйлдвэрлэл нь жижиг, том байгууламж үйлдвэрлэх зэрэг өргөн хэрэглээтэй. Жишээлбэл, Relativity Space-ийн Stargate шийдэл зэрэг 3D хэвлэх технологийг пуужингийн түлшний сав, сэнсний ир зэрэг том эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Relativity Space нь үүнийг хэдхэн метр урт түлшний савтай бараг бүхэлдээ 3D хэвлэсэн пуужин болох Terran 1-ийг амжилттай үйлдвэрлэснээр нотолсон. 2023 оны 3-р сарын 23-нд анх хөөргөсөн нь нэмэлт үйлдвэрлэлийн процессын үр ашиг, найдвартай байдлыг харуулсан.
Экструзион дээр суурилсан 3D хэвлэх технологи нь PEEK зэрэг өндөр хүчин чадалтай материал ашиглан эд анги үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Энэхүү термопластикаар хийсэн эд ангиудыг сансарт аль хэдийн туршиж үзсэн бөгөөд АНЭУ-ын сарны даалгаврын нэг хэсэг болгон Рашид ровер дээр байрлуулсан. Энэхүү туршилтын зорилго нь PEEK-ийн сарны эрс тэс нөхцөлд тэсвэртэй байдлыг үнэлэх явдал байв. Хэрэв амжилттай бол PEEK нь металл эд анги хагарсан эсвэл материал хомс байгаа нөхцөлд металл эд ангиудыг сольж чадна. Нэмж дурдахад, PEEK-ийн хөнгөн шинж чанар нь сансрын судалгаанд үнэ цэнэтэй байж магадгүй юм.
3D хэвлэх технологийг сансар судлалын салбарт зориулсан янз бүрийн эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.
Агаарын тээврийн салбарт 3D хэвлэх давуу талууд
Агаарын сансрын салбарт 3D хэвлэх давуу талууд нь уламжлалт барилгын техниктэй харьцуулахад эд ангийн эцсийн төрхийг сайжруулах явдал юм. Австрийн 3D хэвлэгч үйлдвэрлэгч Lithoz компанийн гүйцэтгэх захирал Йоханнес Хома "энэ технологи нь эд ангиудыг илүү хөнгөн болгодог" гэж мэдэгджээ. Дизайн эрх чөлөөний ачаар 3D хэвлэсэн бүтээгдэхүүн нь илүү үр ашигтай бөгөөд бага нөөц шаарддаг. Энэ нь эд ангийн үйлдвэрлэлийн байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөлд эерэг нөлөө үзүүлдэг. Харьцангуйн орон зай нь нэмэлт үйлдвэрлэл нь сансрын хөлөг үйлдвэрлэхэд шаардагдах эд ангийн тоог мэдэгдэхүйц бууруулж чадна гэдгийг харуулсан. Terran 1 пуужингийн хувьд 100 эд анги хэмнэсэн. Үүнээс гадна энэхүү технологи нь үйлдвэрлэлийн хурдад мэдэгдэхүйц давуу талтай бөгөөд пуужинг 60 хоногоос бага хугацаанд хийж дуусгадаг. Үүний эсрэгээр уламжлалт аргыг ашиглан пуужин үйлдвэрлэхэд хэдэн жил шаардагдаж магадгүй юм.
Нөөцийн менежментийн хувьд 3D хэвлэх нь материалыг хэмнэж, зарим тохиолдолд хог хаягдлыг дахин боловсруулах боломжийг олгодог. Эцэст нь, нэмэлт үйлдвэрлэл нь пуужингийн хөөрөх жинг бууруулахад үнэ цэнэтэй хөрөнгө болж магадгүй юм. Зорилго нь реголит гэх мэт орон нутгийн материалыг хамгийн их ашиглах, сансрын хөлөг доторх материалын тээвэрлэлтийг багасгах явдал юм. Энэ нь зөвхөн 3D хэвлэгчийг авч явах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь аяллын дараа бүх зүйлийг газар дээр нь бүтээх боломжтой юм.
Made in Space компани аль хэдийн 3D хэвлэгчийнхээ нэгийг туршилтын зорилгоор сансарт илгээсэн.
Сансар огторгуй дахь 3D хэвлэлтийн хязгаарлалтууд
3D хэвлэх нь олон давуу талтай боловч энэ технологи нь харьцангуй шинэ бөгөөд хязгаарлалттай хэвээр байна. Адвенит Макаяа "Агаарын сансрын салбарт нэмэлт үйлдвэрлэлийн гол асуудлуудын нэг бол үйл явцын хяналт ба баталгаажуулалт юм" гэж мэдэгджээ. Үйлдвэрлэгчид баталгаажуулалтын өмнө лабораторид орж, эд анги бүрийн бат бөх чанар, найдвартай байдал, бичил бүтцийг туршиж үзэх боломжтой бөгөөд энэ үйл явцыг үл эвдэх туршилт (NDT) гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь цаг хугацаа их шаарддаг бөгөөд үнэтэй байж болох тул эцсийн зорилго нь эдгээр туршилтын хэрэгцээг бууруулах явдал юм. НАСА саяхан энэ асуудлыг шийдвэрлэх төв байгуулсан бөгөөд нэмэлт үйлдвэрлэлээр үйлдвэрлэсэн металл эд ангиудыг хурдан баталгаажуулахад чиглэсэн. Тус төв нь бүтээгдэхүүний компьютерийн загваруудыг сайжруулахын тулд дижитал ихрүүдийг ашиглахыг зорьж байгаа бөгөөд энэ нь инженерүүдэд эд ангиудын гүйцэтгэл, хязгаарлалт, түүний дотор хугарахаас өмнө хэр их даралтыг тэсвэрлэх чадварыг илүү сайн ойлгоход туслах болно. Ингэснээр төв нь сансрын салбарт 3D хэвлэх аргыг хэрэглэхийг дэмжих, уламжлалт үйлдвэрлэлийн техниктэй өрсөлдөхөд илүү үр дүнтэй болгоход туслахыг зорьж байна.
Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь найдвартай байдал, бат бөх чанарын цогц туршилтыг давсан.
Нөгөөтэйгүүр, үйлдвэрлэлийг сансарт хийвэл баталгаажуулалтын үйл явц өөр байдаг. ESA-ийн Адвенит Макаяа "Хэвлэх явцад эд ангиудыг шинжлэх арга техник байдаг" гэж тайлбарлав. Энэ арга нь аль хэвлэмэл бүтээгдэхүүн тохиромжтой, аль нь тохирохгүй болохыг тодорхойлоход тусалдаг. Нэмж дурдахад, сансарт зориулагдсан 3D хэвлэгчдэд зориулсан өөрөө засах систем байдаг бөгөөд металл машин дээр туршиж байна. Энэ систем нь үйлдвэрлэлийн процесст гарч болзошгүй алдааг тодорхойлж, эд ангийн аливаа согогийг засахын тулд параметрүүдийг автоматаар өөрчлөх боломжтой. Эдгээр хоёр систем нь сансарт хэвлэмэл бүтээгдэхүүний найдвартай байдлыг сайжруулна гэж найдаж байна.
3D хэвлэх шийдлүүдийг баталгаажуулахын тулд НАСА болон ESA нь стандартуудыг тогтоосон. Эдгээр стандартуудад эд ангийн найдвартай байдлыг тодорхойлох цуврал туршилтууд багтсан болно. Тэд нунтаг давхаргын хайлуулах технологийг авч үзэж, бусад процессуудад зориулж шинэчилж байна. Гэсэн хэдий ч Arkema, BASF, Dupont, Sabic зэрэг материалын салбарын олон томоохон тоглогчид энэхүү мөрдөх боломжийг олгодог.
Сансар огторгуйд амьдрах уу?
3D хэвлэх технологийн хөгжлөөр бид Дэлхий дээр энэ технологийг ашиглан байшин барих олон амжилттай төслүүдийг харсан. Энэ нь биднийг энэ үйл явцыг ойрын эсвэл алс ирээдүйд сансарт амьдрах боломжтой байгууламж барихад ашиглаж болох эсэх талаар гайхшруулж байна. Сансарт амьдрах нь одоогоор бодит бус боловч байшин барих, ялангуяа саран дээр сансрын нисгэгчдэд сансрын нислэг гүйцэтгэхэд ашигтай байж болох юм. Европын сансрын агентлагийн (ESA) зорилго бол сарны реголит ашиглан саран дээр бөмбөгөр босгох явдал бөгөөд үүнийг сансрын нисгэгчдийг цацраг туяанаас хамгаалахын тулд хана эсвэл тоосго барихад ашиглаж болно. ESA-ийн Адвенит Макаягийн хэлснээр сарны реголит нь ойролцоогоор 60% металл, 40% хүчилтөрөгчөөс бүрддэг бөгөөд энэ материалаас гаргаж авбал хүчилтөрөгчийн төгсгөлгүй эх үүсвэрийг өгч чаддаг тул сансрын нисгэгчдийн амьд үлдэхэд зайлшгүй шаардлагатай материал юм.
НАСА нь сарны гадаргуу дээр барилга байгууламж барих 3D хэвлэх системийг хөгжүүлэхэд зориулж ICON-д 57.2 сая ам.долларын буцалтгүй тусламж олгосон бөгөөд мөн тус компанитай хамтран Ангараг гарагийн элсэн манхан Альфа амьдрах орчныг бүрдүүлж байна. Зорилго нь сайн дурын ажилтнуудыг Улаан гариг дээрх нөхцөл байдлыг дуурайлган нэг жилийн турш амьдрах орчныг нь туршиж үзэх явдал юм. Эдгээр хүчин чармайлт нь сар болон Ангараг гараг дээр 3D хэвлэсэн байгууламжийг шууд барих чухал алхмуудыг илэрхийлж байгаа бөгөөд энэ нь эцэстээ хүн төрөлхтний сансрын колоничлолын замыг нээж өгч магадгүй юм.
Алс ирээдүйд эдгээр байшингууд сансарт амьдрал оршин тогтнох боломжийг олгож магадгүй юм.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 6-р сарын 14
