20. yüzyıldan beri, insan ırkı uzayı keşfetmek ve Dünya'nın ötesinde ne olduğunu anlamaktan büyülendi.NASA ve ESA gibi büyük kuruluşlar uzay araştırmalarında ön saflarda yer aldı ve bu fetihteki bir diğer önemli oyuncu da 3D baskı.Karmaşık parçaları düşük maliyetle hızlı bir şekilde üretebilme yeteneği ile bu tasarım teknolojisi, şirketlerde giderek daha popüler hale geliyor.Uydular, uzay giysileri ve roket bileşenleri gibi birçok uygulamanın oluşturulmasını mümkün kılar.Aslında, SmarTech'e göre, özel uzay endüstrisi eklemeli üretiminin piyasa değerinin 2026 yılına kadar 2,1 milyar Euro'ya ulaşması bekleniyor. Bu, şu soruyu gündeme getiriyor: 3D baskı, insanların uzayda mükemmelleşmesine nasıl yardımcı olabilir?
Başlangıçta, 3D baskı çoğunlukla tıp, otomotiv ve havacılık endüstrilerinde hızlı prototipleme için kullanıldı.Bununla birlikte, teknoloji daha yaygın hale geldikçe, nihai amaçlı bileşenler için giderek daha fazla kullanılmaktadır.Metal eklemeli üretim teknolojisi, özellikle L-PBF, zorlu uzay koşullarına uygun özelliklere ve dayanıklılığa sahip çeşitli metallerin üretilmesine olanak sağlamıştır.DED, bağlayıcı püskürtme ve ekstrüzyon işlemi gibi diğer 3B baskı teknolojileri de havacılık bileşenlerinin üretiminde kullanılmaktadır.Son yıllarda, Made in Space ve Relativity Space gibi şirketlerin havacılık bileşenlerini tasarlamak için 3D baskı teknolojisini kullanmasıyla yeni iş modelleri ortaya çıktı.
Relativity Space, havacılık endüstrisi için 3D yazıcı geliştiriyor
Havacılıkta 3D baskı teknolojisi
Şimdi onları tanıttığımıza göre, havacılık endüstrisinde kullanılan çeşitli 3D baskı teknolojilerine daha yakından bakalım.Öncelikle belirtmek gerekir ki metal katkılı imalat, özellikle L-PBF, bu alanda en yaygın kullanılanıdır.Bu işlem, metal tozunu katman katman kaynaştırmak için lazer enerjisinin kullanılmasını içerir.Özellikle küçük, karmaşık, hassas ve özelleştirilmiş parçalar üretmek için uygundur.Havacılık ve uzay imalatçıları ayrıca metal tel veya toz biriktirmeyi içeren ve esas olarak özelleştirilmiş metal veya seramik parçaları onarmak, kaplamak veya üretmek için kullanılan DED'den de yararlanabilir.
Bunun aksine, bağlayıcı püskürtme, üretim hızı ve düşük maliyet açısından avantajlı olmasına rağmen, nihai ürünün üretim süresini artıran işlem sonrası güçlendirme adımları gerektirdiğinden, yüksek performanslı mekanik parçaların üretilmesi için uygun değildir.Ekstrüzyon teknolojisi uzay ortamında da etkilidir.Tüm polimerlerin uzayda kullanıma uygun olmadığı unutulmamalıdır, ancak PEEK gibi yüksek performanslı plastikler, sağlamlıkları nedeniyle bazı metal parçaların yerini alabilir.Ancak bu 3D baskı işlemi hala çok yaygın değil, ancak yeni malzemeler kullanarak uzay araştırmaları için değerli bir varlık haline gelebilir.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), havacılık ve uzay için 3D baskıda yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir.
Uzay Malzemelerinin Potansiyeli
Havacılık endüstrisi, 3D baskı yoluyla yeni malzemeler keşfediyor ve pazarı bozabilecek yenilikçi alternatifler öneriyor.Titanyum, alüminyum ve nikel-krom alaşımları gibi metaller her zaman ana odak noktası olsa da, yakında yeni bir malzeme dikkatleri üzerine çekebilir: Ay regoliti.Ay regoliti, ayı kaplayan bir toz tabakasıdır ve ESA, bunu 3D baskı ile birleştirmenin faydalarını göstermiştir.ESA'nın kıdemli bir üretim mühendisi olan Advenit Makaya, ay regolitini, esas olarak silikon ve demir, magnezyum, alüminyum ve oksijen gibi diğer kimyasal elementlerden oluşan betona benzer olarak tanımlıyor.ESA, gerçek ay tozuna benzer özelliklere sahip simüle edilmiş ay regoliti kullanarak vidalar ve dişliler gibi küçük işlevsel parçalar üretmek için Lithoz ile ortaklık kurdu.
Ay regoliti üretiminde yer alan süreçlerin çoğunda ısı kullanılır, bu da onu SLS ve toz birleştirme baskı çözümleri gibi teknolojilerle uyumlu hale getirir.ESA, magnezyum klorürü malzemelerle karıştırarak ve simüle edilen numunede bulunan magnezyum oksitle birleştirerek katı parçalar üretmek amacıyla D-Shape teknolojisini de kullanıyor.Bu ay malzemesinin önemli avantajlarından biri, parçaları en yüksek hassasiyetle üretmesini sağlayan daha ince baskı çözünürlüğüdür.Bu özellik, uygulama yelpazesini genişletmede ve gelecekteki Ay üsleri için bileşen üretmede birincil varlık haline gelebilir.
Ay Regoliti Her Yerde
Mars'ta bulunan yeraltı malzemesine atıfta bulunan Mars regoliti de var.Şu anda, uluslararası uzay ajansları bu malzemeyi kurtaramıyor, ancak bu, bilim adamlarını belirli havacılık projelerinde potansiyelini araştırmaktan alıkoymadı.Araştırmacılar, bu malzemenin simüle edilmiş örneklerini kullanıyor ve aletler veya roket bileşenleri üretmek için titanyum alaşımı ile birleştiriyorlar.İlk sonuçlar, bu malzemenin daha yüksek mukavemet sağlayacağını ve ekipmanı paslanma ve radyasyon hasarından koruyacağını gösteriyor.Bu iki malzeme benzer özelliklere sahip olsa da, ay regoliti hala en çok test edilen malzemedir.Diğer bir avantaj ise bu malzemelerin Dünya'dan hammadde taşımaya gerek kalmadan yerinde üretilebilmesidir.Ayrıca regolith tükenmez bir malzeme kaynağı olduğundan kıtlığın önlenmesine yardımcı olur.
3D baskı teknolojisinin havacılık endüstrisindeki uygulamaları
3D baskı teknolojisinin havacılık endüstrisindeki uygulamaları, kullanılan özel işleme bağlı olarak değişebilir.Örneğin, lazer toz yatağı füzyonu (L-PBF), alet sistemleri veya uzay yedek parçaları gibi karmaşık kısa vadeli parçaları üretmek için kullanılabilir.California merkezli bir girişim olan Launcher, E-2 sıvı roket motorunu geliştirmek için Velo3D'nin safir metal 3D baskı teknolojisini kullandı.LOX'u (sıvı oksijen) hızlandırmada ve yanma odasına sürmede çok önemli bir rol oynayan endüksiyon türbinini oluşturmak için üreticinin süreci kullanıldı.Türbin ve sensörün her biri 3D baskı teknolojisi kullanılarak basıldı ve ardından birleştirildi.Bu yenilikçi bileşen, rokete daha fazla sıvı akışı ve daha fazla itme gücü sağlayarak, onu motorun önemli bir parçası haline getirir.
Velo3D, E-2 sıvı roket motorunun üretiminde PBF teknolojisinin kullanılmasına katkıda bulunmuştur.
Eklemeli imalat, küçük ve büyük yapıların üretimi de dahil olmak üzere geniş uygulamalara sahiptir.Örneğin, Relativity Space'in Stargate çözümü gibi 3B baskı teknolojileri, roket yakıt tankları ve pervane kanatları gibi büyük parçaları üretmek için kullanılabilir.Relativity Space bunu, birkaç metre uzunluğunda bir yakıt deposu da dahil olmak üzere neredeyse tamamen 3D baskılı bir roket olan Terran 1'in başarılı üretimiyle kanıtlamıştır.23 Mart 2023'teki ilk lansmanı, eklemeli üretim süreçlerinin verimliliğini ve güvenilirliğini gösterdi.
Ekstrüzyon tabanlı 3D baskı teknolojisi, PEEK gibi yüksek performanslı malzemeler kullanılarak parçaların üretilmesine de olanak tanır.Bu termoplastikten yapılan bileşenler uzayda çoktan test edildi ve BAE ay görevinin bir parçası olarak Rashid gezginine yerleştirildi.Bu testin amacı, PEEK'in aşırı ay koşullarına karşı direncini değerlendirmekti.Başarılı olursa PEEK, metal parçaların kırıldığı veya malzemelerin kıt olduğu durumlarda metal parçaları değiştirebilir.Ek olarak, PEEK'in hafif özellikleri uzay araştırmalarında değerli olabilir.
3D baskı teknolojisi, havacılık endüstrisi için çeşitli parçalar üretmek için kullanılabilir.
Havacılık endüstrisinde 3D baskının avantajları
Havacılık endüstrisinde 3D baskının avantajları arasında, geleneksel inşaat tekniklerine kıyasla parçaların gelişmiş nihai görünümü yer alır.Avusturyalı 3D yazıcı üreticisi Lithoz'un CEO'su Johannes Homa, "bu teknolojinin parçaları daha hafif hale getirdiğini" belirtti.Tasarım özgürlüğü nedeniyle, 3D baskılı ürünler daha verimlidir ve daha az kaynak gerektirir.Bunun, parça üretiminin çevresel etkisi üzerinde olumlu bir etkisi vardır.Relativity Space, eklemeli imalatın, uzay aracı üretmek için gereken bileşenlerin sayısını önemli ölçüde azaltabileceğini göstermiştir.Terran 1 roketi için 100 parça kurtarıldı.Ayrıca bu teknoloji, roketin 60 günden daha kısa sürede tamamlanmasıyla üretim hızında da önemli avantajlar sağlıyor.Buna karşılık, geleneksel yöntemlerle bir roketin üretilmesi birkaç yıl alabilir.
Kaynak yönetimi ile ilgili olarak, 3D baskı malzemeleri koruyabilir ve hatta bazı durumlarda atık geri dönüşümüne izin verebilir.Son olarak, eklemeli imalat, roketlerin kalkış ağırlığını azaltmak için değerli bir varlık haline gelebilir.Amaç, regolit gibi yerel malzemelerin kullanımını en üst düzeye çıkarmak ve malzemelerin uzay aracı içinde taşınmasını en aza indirmektir.Bu, yolculuktan sonra her şeyi yerinde oluşturabilen yalnızca bir 3D yazıcıyı taşımayı mümkün kılar.
Made in Space, 3D yazıcılarından birini test için uzaya gönderdi.
Uzayda 3D baskının sınırlamaları
3D baskının birçok avantajı olmasına rağmen, teknoloji hala nispeten yeni ve sınırlamaları var.Advenit Makaya, "Havacılık endüstrisinde katmanlı imalatla ilgili temel sorunlardan biri süreç kontrolü ve doğrulamadır" dedi.Üreticiler laboratuvara girebilir ve tahribatsız muayene (NDT) olarak bilinen bir süreç olan doğrulamadan önce her bir parçanın sağlamlığını, güvenilirliğini ve mikro yapısını test edebilir.Ancak bu hem zaman alıcı hem de pahalı olabilir, bu nedenle nihai amaç bu testlere olan ihtiyacı azaltmaktır.NASA kısa bir süre önce bu sorunu ele almak için, eklemeli imalatla üretilen metal bileşenlerin hızlı sertifikasyonuna odaklanan bir merkez kurdu.Merkez, ürünlerin bilgisayar modellerini geliştirmek için dijital ikizleri kullanmayı hedefliyor; bu da mühendislerin, kırılmadan önce ne kadar basınca dayanabilecekleri de dahil olmak üzere parçaların performansını ve sınırlamalarını daha iyi anlamalarına yardımcı olacak.Merkez, bunu yaparak, havacılık endüstrisinde 3D baskı uygulamasının teşvik edilmesine yardımcı olmayı ve geleneksel üretim teknikleriyle rekabet etmede daha etkili hale getirmeyi umuyor.
Bu bileşenler, kapsamlı güvenilirlik ve dayanıklılık testlerinden geçmiştir.
Öte yandan, üretim uzayda yapılıyorsa doğrulama süreci farklıdır.ESA'dan Advenit Makaya, "Baskı sırasında parçaları analiz etmeyi içeren bir teknik var" diye açıklıyor.Bu yöntem, hangi basılı ürünlerin uygun, hangilerinin uygun olmadığını belirlemeye yardımcı olur.Ayrıca uzaya yönelik 3D yazıcılar için kendi kendini düzeltme sistemi mevcut ve metal makinelerde test ediliyor.Bu sistem, üretim sürecindeki potansiyel hataları belirleyebilir ve parçadaki kusurları düzeltmek için parametrelerini otomatik olarak değiştirebilir.Bu iki sistemin, basılı ürünlerin uzaydaki güvenilirliğini artırması bekleniyor.
3D baskı çözümlerini doğrulamak için NASA ve ESA standartlar oluşturmuştur.Bu standartlar, parçaların güvenilirliğini belirlemek için bir dizi test içerir.Toz yatağı füzyon teknolojisini göz önünde bulunduruyorlar ve bunları diğer işlemler için güncelliyorlar.Ancak Arkema, BASF, Dupont ve Sabic gibi malzeme endüstrisindeki birçok büyük oyuncu da bu izlenebilirliği sağlıyor.
Uzayda yaşamak mı?
3D baskı teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, Dünya üzerinde bu teknolojiyi ev inşa etmek için kullanan birçok başarılı proje gördük.Bu, uzayda yaşanabilir yapılar inşa etmek için bu sürecin yakın veya uzak gelecekte kullanılıp kullanılamayacağını merak etmemize neden oluyor.Uzayda yaşamak şu anda gerçekçi olmasa da, özellikle ayda evler inşa etmek, astronotların uzay görevlerini yerine getirmelerinde faydalı olabilir.Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) amacı, astronotları radyasyondan korumak için duvarlar veya tuğlalar inşa etmek için kullanılabilen ay regolitini kullanarak ayda kubbeler inşa etmektir.ESA'dan Advenit Makaya'ya göre, ay regoliti yaklaşık %60 metal ve %40 oksijenden oluşuyor ve bu malzemeden çıkarıldığı takdirde sonsuz bir oksijen kaynağı sağlayabildiği için astronotların hayatta kalması için gerekli bir malzeme.
NASA, ay yüzeyinde yapılar inşa etmek için bir 3D baskı sistemi geliştirmesi için ICON'a 57,2 milyon dolarlık bir hibe verdi ve ayrıca bir Mars Dune Alpha yaşam alanı oluşturmak için şirketle işbirliği yapıyor.Amaç, Kızıl Gezegendeki koşulları simüle ederek, gönüllülerin bir habitatta bir yıl boyunca yaşamasını sağlayarak Mars'taki yaşam koşullarını test etmektir.Bu çabalar, sonunda insan uzay kolonizasyonunun önünü açabilecek olan, ay ve Mars'ta doğrudan 3D baskılı yapılar inşa etmeye yönelik kritik adımları temsil ediyor.
Uzak gelecekte, bu evler yaşamın uzayda hayatta kalmasını sağlayabilir.
Gönderim zamanı: 14 Haziran 2023