Maankiertorakentaminen etenee metallisella 3D-tulostuksella

Metallisen 3D‑tulostuksen tekniikat ovat kehittyneet merkittävästi viimeisten viiden vuoden aikana. Edistysaskeleet materiaalitieteissä, toimitusmenetelmissä ja automaatiossa ovat tehneet 3D‑tulostuksesta yleisemmän taloudessa. Nyt 3D‑tulostus on valmis suuntautumaan ilmakehän ulkopuolelle. Tässä on se, mitä sinun tarvitsee tietää.

3D-tulostus on suuri liiketoiminta

3D-tulostusteollisuus jatkaa toimintaansa laajentamista. BGC:n tutkijat ovat ennustaneet, että ala ylittää +95 miljardia dollaria arvossa vuoteen 2032 mennessä. Tämä lisäarvo edustaa valtavaa kasvua vuodesta 2022, jolloin markkinoiden arvo oli 18 miljardia dollaria. Nyt markkinat ovat valmiina laajentumaan uusiin korkeuksiin, kun maailman johtavat avaruustutkimustiimit etsivät ratkaisuja matkustusongelmiinsa.

Metal 3D Printing

Nykyään on käytössä monia 3D-tulostuksen tyylejä. Erityisesti metallinen 3D-tulostus on nähnyt viime vuosina joitakin merkittävimmistä päivityksistä. Metalliset 3D-tulostimet valmistetaan lisäämällä peräkkäisiä kuumennetun metallin kerroksia ennalta määrättyyn kuvioon ennen kuin ne jäähdytetään muotoonsa. Tämä tulostusmenetelmä voi tuottaa monimutkaisia ow-weight kohteita, joita voidaan käyttää lentokoneissa ja lääketieteellisissä komponenteissa.

Lähde – ESA

Tulostus avaruudessa

Tulevien avaruustutkimusryhmien on käytettävä tällaisia laitteita kompensoidakseen resurssien puutetta. Tästä syystä on keskitetty ponnisteluja 3D-tulostuksen tutkimiseen Maan ulkopuolisissa ilmakehän olosuhteissa. Tästä syystä ESA:n tutkijat halusivat tutkia erilaisten gravitaatiovoimien vaikutuksia materiaaleihin ja prosesseihin.

Esineiden tulostaminen avaruudessa voi vauhdittaa ihmiskunnan pyrkimyksiä uusiin kohteisiin. Nämä laitteet auttavat vähentämään jätettä, parantamaan joustavuutta ja keventämään painoa. Tietenkin avaruustulostuksella on ongelmia, jotka on ratkaistava ennen kuin se saavuttaa täyden potentiaalinsa. Erityisesti paineen ja gravitaatiovoimien puute tekee materiaalin kerrostamisesta vaikeaa.

Ensimmäinen metallinen 3D-tulostus avaruusasemalla

Tämä kuukausi merkitsee merkittävää virstanpylvästä avaruuden 3D-tulostussektorille, kun ESA (Euroopan avaruusjärjestö) ilmoitti onnistuneesta useiden 3D-metallikomponenttien tulostuksesta mikrogravitaatiossa Kansainväliselle avaruusasemalle. Tämä uutinen on yksi ensimmäisistä kerrasta, kun 3D-tulostusteollisuus on astunut avaruusareenalle. Tällä hetkellä EU johtaa tätä markkinaa uusimmalla tutkimuksellaan, joka tarjoaa mahdollisuuden mullistaa ala.

Metallisen 3D-tulostimen teknologian demonstraattori

Innovatiivinen ESA:n tutkimusryhmä loi tarkoitukseen suunnitellun metallisen 3D-tulostimen, joka on suunniteltu soveltumaan mikrogravitaatio-olosuhteisiin tätä testiä varten. 180 kg:n laite hyödyntää ruostumattomasta teräksestä valmistettua lankaa luodakseen jäykkiä metallituotteita ja työkaluja pienissä peräkkäin lisättävissä kerroksissa. Seuraavaksi laitteeseen integroidaan voimakas laser lämmittämään lankaa. Tämä laser on tarpeeksi voimakas muuntamaan metallin nestemäiseksi, mikä tippuu sulamisaltaaseen, joka syöttää tulostuslaitteeseen.

Turvaominaisuudet

Joitakin keskeisiä tähän tulostimeen integroituneita turvaominaisuuksia on ainutlaatuisia avaruusmatkailuun. Esimerkiksi laite on täysin suljettu laatikkoon, joka on suunniteltu absorboimaan ja estämään lämmön karkaamisen ohjaamoon. Tämä suojaus estää myös savujen leviämisen alukseen, mikä voisi olla mahdollisesti kohtalokasta syvän avaruuden tutkijoille.

Virtuaalinen valvonta

Toinen hieno ominaisuus päivitetystä 3D-tulostimesta on täysi automaatio ja ohjaus maapallon ohjauskeskukselta. Miehistö voi rentoutua, kun maapallon miehistö hoitaa kaikki tekniset vaatimukset. Ainoa askel, jonka astronauttien täytyy suorittaa, on avata typpikaasu, varmistaen että aluksessa on asianmukainen ilmanvaihto.

Yksi tärkeimmistä syistä, miksi tämä ohjausmenetelmä on elintärkeä, on se, että se mahdollistaa pitkän avaruusmatkan toteutumisen, vaikka tietty tutkija ei pystyisi jatkamaan. Maapallon miehistö voi toimittaa tarvittavan logistiikan ja materiaalituen selviytyville miehistön jäsenille tarpeen mukaan.

Testaus

Neljä kappaletta suunniteltiin ja lähetettiin Maasta avaruusasemaan tulostettavaksi osana testausprosessia. Täysimittainen 3D-tulostusprosessi käynnistettiin, hallittiin, valvottiin ja tarkastettiin maankontrollitiimin toimesta onnistuneesti. Tulostetut yksiköt ovat nyt matkalla lisätestausta varten.

Erityisesti kaksi neljästä yksiköstä on menossa Euroopan astronauttikeskukseen ja Tanskan teknilliseen yliopistoon (DTU). Viimeiset kaksi tulosta testataan arvostetussa Materiaali- ja sähkökomponenttien laboratoriossa ESTECissä Alankomaissa. Tässä ne verrataan maassa tulostettuihin versioihin tarkastellakseen mahdollisia eroja laadussa, kestävyydessä, johdonmukaisuudessa tai muissa tekijöissä, jotka voisivat vaarantaa tulevat tehtävät.

3D Printer Install

Toinen hieno puoli kehittyneessä metallisessa 3D-tulostimessa on sen modulaarisuus. Tulostin suunniteltiin sopimaan suoraan European Draw Rack Mark II -laitteistoon Columbus-moduulin sisällä. Tämä lähestymistapa tekee näistä yksiköistä valmiita käytettäväksi kaikissa yhteensopivissa avaruusvirastoissa. Erityisesti asennuksesta vastasi ESA:n astronautti Andreas Mogensen.

Kansainvälinen avaruusasema

Lanseerattu lokak. 2000, ISS (Kansainvälinen avaruusasema) toimii kansainvälisen yhteistyön majakkana. Tämä massiivinen 460 tonnin avaruusalus sisältää 6 nukkumatilaa, täyden kuntosalin ja on noin 100 jaardia pitkä. Merkittävää on, että tämä tieteellinen testialusta kiertää maapalloa 16‑kerran päivässä hämmästyttävällä 28 800 km/h nopeudella. Tämä nopeus tarkoittaa, että matkustajat näkevät 16 auringonnousua 24 tunnin aikana aluksella. Vielä parempaa on, että he voivat nauttia näistä henkeäsalpaavista hetkistä avaruusasemassa olevasta suuresta 360‑asteisesta ikkunasta.

Tieteelliset tutkimustoiminnot

Tänään ISS on olennainen osa avaruuden tutkimusta ja uusien teknologioiden testausta. Kelluva laboratorio tarjoaa ainutlaatuisen paikan testata kohteita pitkän mikrogravitaation alaisena. Avaruusaluksen lanseerauksesta lähtien on tehty tuhansia kokeita ja testejä, ja se on edelleen yksi harvoista paikoista, joissa voi kokea todellisen pitkän mikrogravitaatiokokemuksen.

Laatukontrolli matalassa painovoimassa

Päätason syy, miksi nämä testit ovat elintärkeitä tulevalle tutkimukselle, on se, että tutkijoilla on rajoitetusti tietoa siitä, miten metallien 3D‑tulostus toimii avaruudessa. Normaaleissa painovoimaympäristöissä laitteet voivat helposti kerrostaa komposiittimateriaalejaan. Tämä prosessi käy vaikeammaksi, kun käsitellään mikrogravitaatiota, turbulenssia ja muita olosuhteita.

Yksi keskeinen näkökohta, jonka tutkijat haluavat testata, on kuinka kestäviä tulostettuja laitteita voidaan tehdä verrattuna maassa tehtyihin vastineisiin. He haluavat tietää, voisiko mikrogravitaatio vaikuttaa negatiivisesti metallimateriaaliin, erityisesti kerrostusprosessin aikana. Tästä syystä odotetaan innokkaasti näiden tulostettujen kohteiden lopullista tarkastelua.

Metallisten 3D-tulostimien edut avaruudessa

Se, että metallisia 3D-tulostimia on jo toiminnassa avaruudessa, on silmiä avaava paljastus. Näiden laitteiden hyödyt ovat niin suuret, että vuosien ajan avaruusvirastot ja 3D-tulostusyritykset ovat tehneet yhteistyötä yrittäessään selvittää monia haasteita esineiden valmistamisessa vähäisessä painovoimassa.

Erityisesti yksi 3D-tulostuksen tärkeimmistä eduista on, että tarvitsemat esineet voidaan luoda paikan päällä. Avaruusmatkustajille tämä on paras vaihtoehto. Toisin kuin avaruustutkimus-TV-sarjassa, on epätodennäköistä, että miehistön jäsen siirtyisi planeetalle huoltamaan varastoja. Useimmissa tapauksissa astronauttien täytyy pystyä valmistamaan tarvitsemansa tavarat aluksen varastoista. Tässä on joitakin muita hyödyt, jotka kannattaa tietää.

Alhaisempi paino/kustannus

Yhden paunan (0,45 kg) vieminen avaruuteen maksaa tuhansia dollareita. Siksi budjetti ei riitä alhaisen teknologian korjausvälineisiin, kuten jakoavainsiin, ruuvimeisseleihin ja muihin tarpeellisiin, mutta ei aina välttämättömiin, laitteisiin. 3D-tulostus tarjoaa toimivan vaihtoehdon, joka on nopeampi ja kustannustehokkaampi kuin raketin lähettäminen varusteiden kanssa kiertoradalle.

Uusien työkalujen suunnittelu

Toinen mahtava etu tälle metalliselle 3D-tulostimelle on kyky luoda uusia työkaluja ja instrumentteja niiden keksimisen myötä. On todennäköistä, että tulevat avaruusmatkustajat tarvitsevat erityisesti suunniteltuja työkaluja harvinaisten ja kuviteltavien ympäristöjen käsittelemiseen. Metalliset 3D-tulostimet mahdollistaisivat näiden miehistöjen joustavuuden ja sopeutumisen tarpeen mukaan tehtävien vaatimusten täyttämiseksi.

Jätteen vähentäminen

Ironisesti jätteiden käsittely on yksi tärkeimmistä tulevien avaruusmatkojen toiminnoista. Toisin kuin Maassa, jossa voit heittää roskasi tien reunalle ja toivoa niiden hajoavan hitaasti ympäristöön, avaruusromu voi aiheuttaa vakavia ongelmia tuleville matkustajille.

Pieninkin avaruusromun pala liikkuu tarpeeksi nopeasti vahingoittaakseen satelliitteja, avaruusaluksia ja muita herkkiä kohteita, mukaan lukien astronautit. Valitettavasti matala Maan kiertorata on jo täynnä avaruusromua. 3D-tulostus voisi auttaa vähentämään jätettä, mikä puolestaan auttaisi estämään avaruusromua.

Kehittyneitä metallisia 3D-tulostimia voitaisiin käyttää jo valmistettujen esineiden sulattamiseen ja materiaalin uudelleenkäyttöön muiden laitteiden valmistamisessa. Kuvittele astronautti käyttävän jakoavainta, sulattavan sen uudelleen ja tulostavan siitä toisen arvokkaan työkalun, joka tarvitaan tehtävän suorittamiseen. Tämä visio poistaa turhan jätteen ja avaa oven turvallisemmalle avaruusmatkustukselle tulevaisuudessa.

Tutkijat

Tutkijat ESA:lta, mukaan lukien Rob Postema, Sébastien Girault, ja muut erittäin arvostetut insinöörit suorittivat nämä testit tunnistaakseen keskeisiä parannusalueita metallisen 3D-tulostuksen osalta avaruudessa. Huomionarvoista on, että projekti oli mahdollinen Airbusin rahoituksen ansiosta. Airbus on yksi maailman parhaista automaatiotoimialan yrityksistä ja EU:n johtava kilpailija.

Metallisen 3D-tulostuksen tulevaisuus

Metallisen 3D-tulostuksen tulevaisuus näyttää valoisalta. Nämä viimeaikaiset edistysaskeleet, yhdessä lisääntyneen tekoälyn integroinnin kanssa, jatkavat teknisten ja taloudellisten esteiden alenemista tälle tekniikalle. Erityisesti jotkut tutkijat näkevät tulevaisuuden, jossa asunnot, työkalut, varaosat ja jopa ihmiselimet tulostetaan.

Yritykset, jotka ovat 3D‑tulostuksen edelläkävijöitä

3D‑tulostusteollisuus on enemmän kuin pelkät tulostusvalmistajat. Monet yritykset erikoistuvat kehittyneisiin 3D‑tulostustuotteisiin. On olemassa kelan materiaalitoimittajia, suunnittelijoita, ohjelmistokehittäjiä ja paljon muuta. Kaikki nämä osat toimivat yhdessä edistääkseen 3D‑tulostuksen integrointia. Tässä on muutamia yrityksiä, jotka voisivat hyötyä viimeisimmästä tutkimuksesta 3D‑tulostuksesta avaruudessa.

1. Desktop Metal

Desktop Metal on yksi maailman johtavista 3D‑tulostuksen laitteistotoimittajista. Yritys perustettiin vuonna 2015 tavoitteena yhdistää 3D‑tulostusteollisuuden komponentit tuolloin. Merkittävää on, että yritys sai $438M rahoitusta huippusijoittajilta, kuten Google Ventures, BMW ja Ford Motor Company (F ).
Tämä Massachusettsissa toimiva valmistaja suunnittelee sekä metallisia että hiilikuitu‑3D‑tulostimia teollisuusasiakkaille. Tällä hetkellä sillä on asiakkaita suurten auto‑ ja ilmailuyritysten joukossa. Tästä syystä yritys on saanut merkittävää tunnustusta, mukaan lukien sijoittuminen MIT Technology Reviewn 50 älykkäimpään yritykseen sekä tuki Maailman talousfoorumilta.
DM‑osaketta pidetään hyvänä ostona yrityksen markkina‑aseman ja metallisen 3D‑tulostussektorin laajentumisen vuoksi. Nämä tekijät yhdessä projektin vahvan tuen kanssa tekevät Desktop Metalista älykkään lisäyksen, jossa on potentiaalia.

2. Eastman Chemical Company

EMN Hintakaavio

Eastman Chemical Company (EMN ) tarjoaa kemikaaleja ja muita 3D‑tulostukseen tarvittavia materiaaleja. Tämä yritys on tunnettu laadukkaasta palvelusta ja tuotteista teollisuusasiakkaille sen perustamisesta vuonna 1920 George Eastmanin toimesta. Nykyään se on edelleen markkinoiden edelläkävijä.
Merkittävää on, että Eastman Chemical Company on saanut useita palkintoja menneistä saavutuksistaan. Esimerkiksi vuonna 2013 American Chemistry Council (ACC) myönsi sille arvostetun “Responsible Care Company of the Year” -palkinnon. Nämä tekijät tekevät Eastman Chemical Companysta älykkään lisäyksen mihin tahansa tasapainoiseen salkkuun.

Edistynyt metallinen 3D-tulostus – Tekniikka, joka on valmis käyttöönottoon

On monia syitä, miksi metallinen 3D-tulostus on ihanteellinen vaihtoehto avaruusmatkustajille ja vaikeapääsyisiin paikkoihin. Kyky luoda ja tuottaa lähes loputtomia malleja tekee näistä työkaluista arvokkaan lisän mihin tahansa operaatioon. Tulevaisuudessa 3D-tulostimien hinta jatkaa laskuaan materiaalien ja prosessien jatkuvien parannusten ansiosta. Siksi on viisasta pysyä ajan tasalla 3D-tulostusteollisuudesta saadakseen lisää mahdollisuuksia tulevaisuudessa.

Tutustu muihin hienoihin valmistustekniikoihin Tech