20-р зуунаас хойш хүн төрөлхтөн сансар огторгуйг судлах, дэлхийн гадна юу байдгийг ойлгох сонирхолтой байсан.НАСА, ESA зэрэг томоохон байгууллагууд сансрын хайгуулын тэргүүн эгнээнд явж ирсэн бөгөөд энэхүү байлдан дагуулалтын өөр нэг чухал тоглогч бол 3D хэвлэл юм.Бага зардлаар нарийн төвөгтэй эд ангиудыг 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 төрлийн програмуудыг бүтээх боломжтой болгодог.Үнэн хэрэгтээ SmarTech-ийн мэдээлснээр, хувийн сансрын салбарын нэмэлт үйлдвэрлэлийн зах зээлийн үнэ 2026 он гэхэд 2.1 тэрбум еврод хүрэх төлөвтэй байна. Энэ нь дараах асуултыг төрүүлж байна: 3D хэвлэлт нь сансарт хэрхэн амжилтанд хүрэхэд тусалдаг вэ?
Анх 3D хэвлэлтийг анагаах ухаан, автомашин, сансар судлалын салбарт хурдан загвар гаргахад ашигладаг байсан.Гэсэн хэдий ч энэ технологи улам бүр өргөн тархсан тул эцсийн зориулалтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд улам бүр ашиглагдаж байна.Металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологи, ялангуяа L-PBF нь сансрын эрс тэс нөхцөлд тохирсон шинж чанар, бат бөх чанар бүхий төрөл бүрийн металлыг үйлдвэрлэх боломжийг олгосон.DED, биндэр цацах, шахах процесс зэрэг бусад 3D хэвлэх технологиуд нь сансрын эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.Сүүлийн жилүүдэд “Made in Space”, “Relativity Space” зэрэг компаниуд 3D хэвлэх технологийг ашиглан сансар огторгуйн эд ангиудыг зохион бүтээх шинэ бизнесийн загварууд бий болсон.
Харьцангуй сансар огторгуйн 3D хэвлэгчийг сансар огторгуйн салбарт зориулан хөгжүүлж байна
Сансар огторгуйд 3D хэвлэх технологи
Одоо бид тэдгээрийг танилцуулсны дараа сансрын салбарт хэрэглэгдэж буй төрөл бүрийн 3D хэвлэх технологиудыг нарийвчлан авч үзье.Нэгдүгээрт, металл нэмэлтийн үйлдвэрлэл, ялангуяа L-PBF нь энэ салбарт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Энэ процесс нь лазерын энергийг ашиглан металлын нунтаг давхаргыг давхаргаар нийлүүлдэг.Энэ нь ялангуяа жижиг, нарийн төвөгтэй, нарийн, захиалгат эд анги үйлдвэрлэхэд тохиромжтой.Сансар огторгуйн үйлдвэрлэгчид металл утас эсвэл нунтаг байршуулах DED-ээс ашиг тус хүртэх боломжтой бөгөөд голчлон засварлах, бүрэх, эсвэл захиалгат металл эсвэл керамик эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Үүний эсрэгээр, биндэр цацах нь үйлдвэрлэлийн хурд, бага зардлаар давуу талтай ч өндөр хүчин чадалтай механик эд анги үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй, учир нь энэ нь эцсийн бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн хугацааг уртасгах боловсруулалтын дараах бэхжүүлэх алхмуудыг шаарддаг.Экструзин технологи нь сансрын орчинд ч үр дүнтэй байдаг.Бүх полимерууд нь сансар огторгуйд хэрэглэхэд тохиромжгүй байдаг ч PEEK гэх мэт өндөр үзүүлэлттэй хуванцарууд нь бат бөх чанараараа зарим металл эд ангиудыг орлуулж чаддаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Гэсэн хэдий ч энэхүү 3D хэвлэх үйл явц нь тийм ч өргөн тархаагүй байгаа ч шинэ материал ашиглан сансар судлалын үнэ цэнэтэй хөрөнгө болж чадна.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) нь сансар огторгуйд 3D хэвлэлтэд өргөн хэрэглэгддэг технологи юм.
Сансрын материалын боломж
Сансар огторгуйн салбар нь 3D хэвлэлтээр дамжуулан шинэ материалуудыг судалж, зах зээлд саад учруулж болзошгүй шинэлэг хувилбаруудыг санал болгож байна.Титан, хөнгөн цагаан, никель-хромын хайлш зэрэг металууд үргэлж гол анхаарлаа хандуулсаар ирсэн ч удахгүй шинэ материал олны анхаарлыг татах болно: сарны реголит.Сарны реголит бол сарыг бүрхсэн тоосны давхарга бөгөөд ESA үүнийг 3D хэвлэлттэй хослуулснаар ашиг тустайг харуулсан.ESA-ийн үйлдвэрлэлийн ахлах инженер Адвенит Макая сарны реголитийг бетонтой төстэй, гол төлөв цахиур болон төмөр, магни, хөнгөн цагаан, хүчилтөрөгч зэрэг химийн элементүүдээс бүрддэг гэж тодорхойлсон.ESA нь жинхэнэ сарны тоостой төстэй шинж чанартай сарны реголитыг ашиглан шураг, араа зэрэг жижиг функциональ эд ангиудыг үйлдвэрлэхийн тулд Lithoz-той хамтран ажиллаж байна.
Сарны реголитыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг ихэнх процессууд нь дулааныг ашигладаг бөгөөд энэ нь SLS болон нунтаг холбох хэвлэлийн шийдэл зэрэг технологид нийцдэг.ESA нь мөн D-Shape технологийг ашиглан магнийн хлоридыг материалтай хольж, загварчилсан сорьцонд олдсон магнийн исэлтэй хослуулан хатуу эд анги үйлдвэрлэх зорилготой юм.Энэхүү сарны материалын чухал давуу талуудын нэг нь илүү нарийвчлалтай хэвлэх чадвартай бөгөөд энэ нь эд ангиудыг хамгийн өндөр нарийвчлалтайгаар үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.Энэ онцлог нь ирээдүйн сарны баазуудын хэрэглээний хүрээг өргөжүүлэх, эд ангиудыг үйлдвэрлэх үндсэн хөрөнгө болж чадна.
Сарны Реголит хаа сайгүй байдаг
Ангараг гаригаас олдсон гүний материалтай холбоотой Ангарагийн реголит бас байдаг.Одоогоор олон улсын сансрын агентлагууд энэ материалыг сэргээж чадахгүй байгаа ч энэ нь эрдэмтдийг сансар судлалын тодорхой төслүүдэд түүний чадавхийг судлахад саад болоогүй юм.Судлаачид энэ материалын загварчилсан дээжийг ашиглаж, титан хайлштай хослуулан багаж хэрэгсэл эсвэл пуужингийн эд анги үйлдвэрлэж байна.Эхний үр дүнгээс харахад энэ материал нь илүү их хүч чадал өгч, зэврэлт, цацрагийн гэмтлээс тоног төхөөрөмжийг хамгаалах болно.Хэдийгээр эдгээр хоёр материал ижил төстэй шинж чанартай ч сарны реголит нь хамгийн их шалгагдсан материал хэвээр байна.Өөр нэг давуу тал нь эдгээр материалыг дэлхийгээс түүхий эдийг тээвэрлэх шаардлагагүй газар дээр нь үйлдвэрлэх боломжтой юм.Нэмж дурдахад, реголит нь шавхагдашгүй материалын эх үүсвэр бөгөөд хомсдолоос урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.
Сансар огторгуйн салбарт 3D хэвлэх технологийн хэрэглээ
Сансар огторгуйн салбарт 3D хэвлэх технологийн хэрэглээ нь ашигласан тодорхой процессоос хамаарч өөр өөр байж болно.Жишээлбэл, лазер нунтаг давхар хайлуулах (L-PBF) нь багажны систем эсвэл сансрын сэлбэг хэрэгсэл гэх мэт нарийн төвөгтэй богино хугацааны эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.Калифорнид төвтэй Launcher стартап нь Velo3D-ийн индранил металл 3D хэвлэх технологийг ашиглан E-2 шингэн пуужингийн хөдөлгүүрийг сайжруулсан.Шатаах камерт LOX (шингэн хүчилтөрөгч)-ийг хурдасгах, жолоодоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг индукцийн турбиныг бий болгоход үйлдвэрлэгчийн процессыг ашигласан.Турбин болон мэдрэгч тус бүрийг 3D хэвлэлийн технологийг ашиглан хэвлэж, дараа нь угсарсан.Энэхүү шинэлэг бүрэлдэхүүн хэсэг нь пуужинд илүү их шингэний урсац, илүү их түлхэлт өгдөг бөгөөд энэ нь түүнийг хөдөлгүүрийн чухал хэсэг болгодог.
Velo3D нь E-2 шингэн пуужингийн хөдөлгүүрийг үйлдвэрлэхэд PBF технологийг ашиглахад хувь нэмэр оруулсан.
Нэмэлт үйлдвэрлэл нь жижиг, том бүтэц үйлдвэрлэх зэрэг өргөн хэрэглээтэй.Жишээлбэл, Харьцангуй орон зайн Оддын хаалганы шийдэл гэх мэт 3D хэвлэх технологийг пуужингийн түлшний сав, сэнсний ир зэрэг томоохон эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.Харьцангуй орон зай нь үүнийг бараг бүхэлд нь 3D принтерээр хэвлэсэн Терран 1 пуужин, тэр дундаа хэдэн метр урт түлшний савыг амжилттай үйлдвэрлэснээр нотолсон юм.2023 оны 3-р сарын 23-нд анхны нээлтээ хийсэн нь нэмэлт үйлдвэрлэлийн процессын үр ашиг, найдвартай байдлыг харуулсан.
Мөн шахмал дээр суурилсан 3D хэвлэх технологи нь PEEK гэх мэт өндөр хүчин чадалтай материалыг ашиглан эд анги үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.Энэхүү термопластикаар хийсэн эд ангиудыг сансарт аль хэдийн туршиж үзсэн бөгөөд АНЭУ-ын сарны аялалын нэг хэсэг болгон Рашид ровер дээр байрлуулсан байна.Энэхүү туршилтын зорилго нь сарны эрс тэс нөхцөлд PEEK-ийн эсэргүүцлийг үнэлэх явдал байв.Амжилттай бол PEEK нь металл эд анги эвдэрсэн эсвэл материал хомс байгаа тохиолдолд металл эд ангиудыг солих боломжтой.Нэмж дурдахад PEEK-ийн хөнгөн шинж чанар нь сансрын хайгуулд үнэ цэнэтэй байж болох юм.
3D хэвлэх технологийг сансар огторгуйн салбарт төрөл бүрийн эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.
Сансар огторгуйн салбарт 3D хэвлэлийн давуу тал
Сансар огторгуйн салбарт 3D хэвлэлийн давуу тал нь барилгын уламжлалт техниктэй харьцуулахад эд ангиудын эцсийн харагдах байдлыг сайжруулдаг.Австрийн 3D принтер үйлдвэрлэгч Lithoz компанийн гүйцэтгэх захирал Йоханнес Хома "Энэ технологи нь эд ангиудыг хөнгөн болгодог" гэж мэдэгджээ.Дизайн эрх чөлөөний улмаас 3D хэвлэсэн бүтээгдэхүүн нь илүү үр ашигтай бөгөөд бага нөөц шаарддаг.Энэ нь эд анги үйлдвэрлэх байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөлд эерэг нөлөө үзүүлдэг.Нэмэлт үйлдвэрлэл нь сансрын хөлөг үйлдвэрлэхэд шаардагдах эд ангиудын тоог эрс багасгаж чадна гэдгийг Харьцангуйн орон зай харуулсан.Терран 1 пуужингийн хувьд 100 хэсгийг хэмнэсэн.Түүнчлэн энэхүү технологи нь пуужинг 60 хүрэхгүй хоногийн дотор хийж дуусгадаг тул үйлдвэрлэлийн хурдаараа ихээхэн давуу талтай юм.Үүний эсрэгээр уламжлалт аргаар пуужин үйлдвэрлэхэд хэдэн жил шаардагдана.
Нөөцийн менежментийн тухайд 3D хэвлэх нь материалыг хэмнэж, зарим тохиолдолд хог хаягдлыг дахин боловсруулах боломжийг олгодог.Эцэст нь, нэмэлт үйлдвэрлэл нь пуужингийн хөөрөх жинг бууруулах үнэ цэнэтэй хөрөнгө болж магадгүй юм.Зорилго нь реголит гэх мэт орон нутгийн материалыг дээд зэргээр ашиглах, сансрын хөлөг дотор материалын тээвэрлэлтийг багасгах явдал юм.Энэ нь зөвхөн 3D принтер авч явах боломжтой бөгөөд аяллын дараа газар дээр нь бүх зүйлийг бүтээх боломжтой.
Made in Space компани 3D хэвлэгчийнхээ нэгийг нь туршилтаар сансарт илгээсэн байна.
Сансарт 3D хэвлэх хязгаарлалт
Хэдийгээр 3D хэвлэх нь олон давуу талтай ч технологи нь харьцангуй шинэ бөгөөд хязгаарлалттай хэвээр байна.Адвенит Макая хэлэхдээ, "Агаар сансрын салбарт нэмэлт үйлдвэрлэлийн гол бэрхшээлүүдийн нэг бол процессын хяналт, баталгаажуулалт юм."Үйлдвэрлэгчид лабораторид нэвтэрч эд анги тус бүрийн хүч чадал, найдвартай байдал, бичил бүтцийг баталгаажуулахаас өмнө шалгах боломжтой бөгөөд үүнийг 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 багасгах явдал юм.НАСА саяхан энэ асуудлыг шийдвэрлэх төвийг байгуулж, нэмэлт үйлдвэрлэлээр үйлдвэрлэсэн металл эд ангиудыг хурдан баталгаажуулахад чиглэв.Тус төв нь дижитал ихрүүдийг ашиглан бүтээгдэхүүний компьютерийн загварыг сайжруулах зорилготой бөгөөд энэ нь инженерүүдэд эд ангиудын гүйцэтгэл, хязгаарлалт, тэр дундаа хугарахаас өмнө хэр их даралтыг тэсвэрлэх чадвартай болохыг илүү сайн ойлгоход тусална.Ингэснээр тус төв нь сансар огторгуйн салбарт 3D хэвлэх хэрэглээг сурталчилж, уламжлалт үйлдвэрлэлийн техниктэй өрсөлдөхөд илүү үр дүнтэй болгоно гэж найдаж байна.
Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь найдвартай байдал, бат бөх байдлын иж бүрэн шалгалтанд хамрагдсан.
Нөгөө талаас үйлдвэрлэлийг сансарт хийвэл баталгаажуулах үйл явц өөр.ESA-ийн Адвенит Макая "Хэвлэх явцад эд ангиудыг шинжилдэг техник байдаг" гэж тайлбарлав.Энэ арга нь аль хэвлэмэл бүтээгдэхүүн тохиромжтой, аль нь тохирохгүй болохыг тодорхойлоход тусална.Нэмж дурдахад сансар огторгуйд зориулагдсан 3D принтерийг өөрөө засах системтэй бөгөөд металл машин дээр туршиж байна.Энэхүү систем нь үйлдвэрлэлийн явцад гарч болзошгүй алдааг тодорхойлж, тухайн хэсгийн согогийг арилгахын тулд параметрүүдийг автоматаар өөрчлөх боломжтой.Эдгээр хоёр систем нь сансарт хэвлэсэн бүтээгдэхүүний найдвартай байдлыг сайжруулна гэж найдаж байна.
3D хэвлэх шийдлүүдийг баталгаажуулахын тулд НАСА болон ESA стандартуудыг тогтоосон.Эдгээр стандартууд нь эд ангиудын найдвартай байдлыг тодорхойлох хэд хэдэн туршилтыг агуулдаг.Тэд нунтаг давхаргын хайлуулах технологийг авч үзэж, бусад процессуудад зориулж шинэчилж байна.Гэсэн хэдий ч Arkema, BASF, Dupont, Sabic зэрэг материалын үйлдвэрлэлийн олон томоохон тоглогчид энэ ул мөрийг бий болгодог.
Сансарт амьдрах уу?
3D хэвлэх технологийн дэвшлийн ачаар бид дэлхий дээр энэ технологийг ашиглан байшин барихад амжилттай хэрэгжиж буй олон төслийг харсан.Энэ нь биднийг энэ үйл явцыг ойрын эсвэл алс холын ирээдүйд сансарт хүн амьдрах боломжтой барилга байгууламж барихад ашиглаж болох уу гэж гайхаж байна.Сансарт амьдрах нь одоогоор бодитой бус байгаа ч, ялангуяа саран дээр байшин барих нь сансрын нисгэгчдэд сансрын нислэг үйлдэхэд тустай байж болох юм.Европын сансрын агентлаг (ESA) нь сансрын нисэгчдийг цацраг туяанаас хамгаалах үүднээс хана, тоосго барихад ашиглаж болох сарны реголитыг ашиглан саран дээр бөмбөгөр босгох зорилготой юм.ESA-аас Адвенит Макаягийн хэлснээр сарны реголит нь 60 орчим хувь нь металл, 40 хувь нь хүчилтөрөгчөөс бүрддэг бөгөөд энэ материалаас гаргаж авбал хүчилтөрөгчийн төгсгөлгүй эх үүсвэрээр хангадаг учраас сансрын нисгэгчдийн амьд үлдэхэд зайлшгүй шаардлагатай материал юм.
НАСА сарны гадаргуу дээр барилга байгууламж барих 3D хэвлэх системийг хөгжүүлэхэд зориулж ICON-д 57.2 сая долларын буцалтгүй тусламж олгосон бөгөөд мөн тус компанитай Ангараг манхан Альфа амьдрах орчныг бий болгохоор хамтран ажиллаж байна.Зорилго нь сайн дурынхныг Улаан гариг дээрх нөхцөл байдлыг дуурайлган амьдрах орчинд нэг жил амьдруулах замаар Ангараг гариг дээрх амьдрах нөхцөлийг турших явдал юм.Эдгээр хүчин чармайлт нь сар болон Ангараг гариг дээр 3D хэвлэмэл байгууламжийг шууд барих чухал алхмуудыг илэрхийлж байгаа бөгөөд энэ нь эцэстээ хүн төрөлхтний сансар огторгуйн колоничлолын замыг нээж өгөх болно.
Алс ирээдүйд эдгээр байшингууд нь сансарт амьдрал оршин тогтнох боломжийг олгоно.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 6-р сарын 14-ний хооронд