Fabricação em Órbita Avançando com Impressão 3D de Metal

Técnicas de impressão 3D de metal avançaram muito nos últimos 5 anos. Avanços em ciências de materiais, métodos de entrega e automação tornaram a impressão 3D mais prevalente na economia. Agora, a impressão 3D está preparada para aventurar-se fora da atmosfera. Aqui está o que você precisa saber.

A Impressão 3D é um Grande Negócio

A indústria de impressão 3D continua expandindo suas operações. Pesquisadores da BGC previram que a indústria ultrapassará $95 bilhões em valor até 2032. Esse valor adicionado representa um crescimento massivo em relação a 2022, quando o mercado foi avaliado em $18 bilhões. Agora, o mercado está pronto para expandir para novas alturas, à medida que as principais equipes de exploração espacial do mundo buscam soluções para seus problemas de viagem.

Impressão 3D de Metal

Existem muitos estilos de impressão 3D em uso hoje. Notavelmente, a impressão 3D de metal viu algumas das atualizações mais importantes nos últimos anos. Impressoras 3D de metal são criadas adicionando camadas sucessivas de metal aquecido em um padrão pré-determinado antes de deixá-lo esfriar em forma. Esse método de impressão de produtos pode produzir itens complexos e leves que podem ser usados em aeronaves e componentes médicos.

Source – ESA

Impressão em Espaço

Equipes futuras de exploração espacial precisam usar dispositivos como este para compensar a falta de recursos. Como tal, um esforço concertado foi direcionado para estudar a impressão 3D em condições atmosféricas fora da Terra. Como tal, pesquisadores da ESA queriam estudar os efeitos de diferentes forças gravitacionais em materiais e processos.

Imprimir itens no espaço tem o potencial de catapultar os esforços da humanidade para novos destinos. Esses dispositivos ajudam a reduzir resíduos, melhorar a flexibilidade e reduzir o peso. Claro, imprimir no espaço tem seus problemas que precisam ser superados antes que possa alcançar seu verdadeiro potencial. Especificamente, a falta de pressão e forças gravitacionais torna a camada de material difícil.

Primeira Impressão 3D de Metal na Estação Espacial

Este mês marca um marco importante para o setor de impressão 3D espacial, à medida que a ESA (Agência Espacial Europeia) anunciou a impressão bem-sucedida de vários componentes de metal 3D em microgravidade para a Estação Espacial Internacional. Essa notícia marca uma das primeiras vezes que a indústria de impressão 3D entrou na arena espacial. Atualmente, a UE lidera o cargo nesse mercado com sua pesquisa mais recente, fornecendo potencial para revolucionar a indústria.

O Demonstrador de Tecnologia de Impressão 3D de Metal

A equipe de pesquisa inovadora da ESA criou uma impressora 3D de metal personalizada para acomodar cenários de microgravidade para esse teste. O dispositivo de 180 kg aproveita um fio de aço inoxidável para criar produtos e ferramentas de metal rígidos em camadas minúsculas aplicadas sequencialmente. Em seguida, um laser poderoso foi integrado para aquecer o fio. Esse laser é forte o suficiente para converter o metal em líquido, que goteja em uma piscina de fusão que alimenta o aplicador de impressão.

Recursos de Segurança

Alguns recursos de segurança importantes integrados a essa impressora são exclusivos da viagem espacial. Por exemplo, o dispositivo está totalmente fechado dentro de uma caixa projetada para absorver e prevenir o calor de escapar na cabine. Essa proteção também impede que vapores se expandam na aeronave, o que poderia ser potencialmente fatal para exploradores de espaço profundo.

Monitoramento Virtual

Outro recurso interessante da impressora 3D atualizada é a automação e controle total a partir do controle de solo. A tripulação pode relaxar, pois a equipe de solo lida com todos os requisitos técnicos. O único passo que os astronautas precisam concluir é abrir o gás nitrogênio, garantindo que tenha ventilação adequada na aeronave.

Uma das principais razões pelas quais esse método de controle é vital é que ele permite viagens espaciais de longa duração, mesmo que um pesquisador específico não possa continuar. A equipe de solo pode fornecer logística e suporte de material adequados aos membros da tripulação sobreviventes quando necessário.

Testes

Quatro peças foram projetadas e enviadas à impressora da estação espacial a partir da Terra como parte do processo de teste. O processo de impressão 3D em escala completa foi iniciado, controlado, monitorado e revisado com sucesso pela equipe de controle de solo. As unidades impressas agora estão a caminho para testes adicionais.

Especificamente, duas das quatro unidades estão indo para o Centro de Astronautas Europeu e a Universidade Técnica da Dinamarca, DTU. As últimas duas impressões serão testadas no prestigioso Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos em ESTEC, na Holanda. Aqui, elas serão comparadas às versões impressas no solo para examinar quaisquer diferenças em qualidade, durabilidade, consistência ou outros fatores que poderiam comprometer missões futuras.

Instalação da Impressora 3D

Outro aspecto interessante da impressora 3D de metal avançada é sua modularidade. A impressora foi concebida para se encaixar diretamente na Prateleira de Desenho Europeia Mark II dentro do módulo Columbus. Essa abordagem torna essas unidades prontas para uso em todas as agências espaciais compatíveis. Notavelmente, foi o astronauta da ESA Andreas Mogensen que foi encarregado da instalação.

Estação Espacial Internacional

Lançada em novembro de 2000, a EEI (Estação Espacial Internacional) serve como um farol de cooperação internacional. Essa enorme aeronave de 460 toneladas apresenta 6 quartos para dormir, uma academia completa e mede cerca de 100 jardas de comprimento. Notavelmente, essa base científica orbita a Terra 16 vezes por dia a uma velocidade impressionante de 28.800 km/h. Essa velocidade significa que os passageiros capturam 16 nasceres do sol a cada 24 horas a bordo da aeronave. O que é melhor é que eles podem desfrutar desses momentos impressionantes a partir da grande janela de 360 graus na estação espacial.

Atividades de Pesquisa Científica

Hoje, a EEI é um componente vital da pesquisa e teste de novas tecnologias no espaço. O laboratório flutuante fornece uma localização única para testar itens em microgravidade prolongada. Foram realizados milhares de experimentos e testes desde o lançamento da estação e ela permanece como um dos únicos lugares para obter uma experiência microgravitacional prolongada.

Verificando a Qualidade em Baixa Gravidade

A principal razão pela qual esses testes são vitais para a exploração futura é que os pesquisadores têm dados limitados sobre como a impressão 3D de metais opera no espaço. Em cenários de gravidade normal, os dispositivos podem facilmente camada seus materiais compostos. Esse processo se torna mais difícil ao lidar com microgravidade, turbulência e outras condições.

Um aspecto importante que os pesquisadores querem testar é quão duráveis os dispositivos impressos podem ser em comparação com seus equivalentes baseados em solo. Eles estão ansiosos para aprender se as condições de microgravidade poderiam afetar negativamente o material metálico, especialmente durante o processo de camada. Como tal, há muita expectativa em torno da revisão final desses itens impressos.

Vantagens da Impressora 3D de Metal no Espaço

A revelação de que já existem impressoras 3D de metal em operação no espaço é um olhar para o futuro. Os benefícios desses dispositivos são tão grandes que, há anos, agências espaciais e empresas de impressão 3D colaboram para tentar desvendar as complexidades de criar itens em gravidade mínima.

Notavelmente, uma das principais vantagens da impressão 3D é que os itens necessários podem ser criados no local. Para viajantes espaciais, essa será a melhor opção. Ao contrário das séries de exploração espacial de TV, as chances de um membro da tripulação se teleportar para um planeta para reabastecer são muito improváveis. Na maioria das instâncias, os astronautas precisarão ser capazes de criar suas necessidades a partir do que está na aeronave. Aqui estão alguns outros benefícios a saber.

Peso/Custo Reduzido

O custo de levar um único quilo para o espaço é de milhares. Como tal, não há muito orçamento para dispositivos de reparo de baixa tecnologia, como chaves de fenda, chaves de parafuso e outros dispositivos necessários, mas talvez não necessários o tempo todo. A impressão 3D fornece uma alternativa viável que é mais rápida e custa menos do que enviar um foguete com suprimentos para a órbita.

Novo Design de Ferramentas

Outra vantagem incrível da impressora 3D de metal é a capacidade de criar novos tipos de ferramentas e instrumentos à medida que são inventados. É provável que os futuros viajantes espaciais precisem de ferramentas personalizadas para lidar com ambientes raros e inimagináveis. As impressoras 3D de metal permitiriam que essas tripulações sejam flexíveis e se adaptem quando necessário para concluir os requisitos da missão.

Redução de Resíduos

Ironicamente, a disposição de lixo é um dos componentes mais vitais das operações de viagem espacial futuras. Ao contrário da Terra, onde você pode se livrar de seu lixo ao lado da estrada e esperar que ele se dissolva lentamente no ambiente, os detritos espaciais podem causar problemas sérios para os viajantes futuros.

O menor pedaço de lixo espacial está viajando rápido o suficiente para danificar satélites, aeronaves e outros itens sensíveis, incluindo astronautas. Infelizmente, a órbita terrestre baixa já está inundada de lixo espacial. A impressão 3D pode ajudar a reduzir os resíduos, o que, por sua vez, ajudaria a prevenir o lixo espacial.

As impressoras 3D de metal avançadas poderiam ser usadas para derreter itens já produzidos e reutilizar seu material para criar outros dispositivos. Imagine um astronauta usando uma chave de fenda antes de derreter o item e imprimi-lo em outra ferramenta valiosa necessária para concluir a tarefa. Essa visão elimina o lixo desnecessário e abre a porta para uma viagem espacial mais segura no futuro.

Pesquisadores

Pesquisadores da ESA, incluindo Rob Postema, Sébastien Girault e outros engenheiros altamente respeitados, conduziram esses testes para descobrir áreas-chave de melhoria para a impressão 3D de metal no espaço. Notavelmente, o projeto foi possível graças ao financiamento da Airbus. A Airbus é uma das principais empresas automotivas do mundo e a principal concorrente na UE.

O Futuro da Impressão 3D de Metal

O futuro da impressão 3D de metal está brilhante. Esses avanços recentes, combinados com mais integração de IA, continuam a reduzir as barreiras técnicas e financeiras para essa tecnologia. Notavelmente, alguns pesquisadores veem um futuro em que casas, ferramentas, peças de reposição e até órgãos humanos são impressos.

Empresas Pioneiras em Impressão 3D

A indústria de impressão 3D é mais do que apenas fabricantes de impressoras. Muitas empresas se especializam em produtos de impressão 3D avançados. Existem fornecedores de materiais de carretel, designers, desenvolvedores de software e muito mais. Todos esses componentes trabalham juntos para ajudar a impulsionar a integração da impressão 3D. Aqui estão algumas empresas que podem se beneficiar da pesquisa mais recente sobre impressão 3D no espaço.

1. Desktop Metal

(DM )

A Desktop Metal é uma das principais fornecedoras de hardware de impressão 3D do mundo. A empresa foi fundada em 2015 com o objetivo de reunir os componentes da indústria de impressão 3D na época. Notavelmente, a empresa garantiu $438 milhões em financiamento de investidores de primeira linha, incluindo Google Ventures, BMW e Ford Motor Company.

Essa fabricante de Massachusetts projeta impressoras 3D de metal e fibra de carbono para clientes industriais. Atualmente, tem clientes em empresas automotivas e aeroespaciais importantes. Como tal, a empresa recebeu considerável reconhecimento, incluindo ser listada na MIT Technology Review’s 50 Smartest Companies e apoio do Fórum Econômico Mundial.

A ação DM é considerada uma boa compra devido à posição da empresa no mercado e à expansão do setor de impressão 3D de metal. Esses fatores, combinados com o forte apoio do projeto, tornam a Desktop Metal uma adição inteligente com potencial.

2. Eastman Chemical Company

(EMN )

A Eastman Chemical Company fornece produtos químicos e outros materiais necessários para a impressão 3D. Essa empresa tem uma reputação por fornecer serviços e produtos de qualidade para clientes industriais desde sua fundação em 1920 por George Eastman. Hoje, permanece como uma força pioneira no mercado.

Notavelmente, a Eastman Chemical Company recebeu vários prêmios por seus feitos passados. Por exemplo, em 2013, o Conselho de Química Americana (ACC) concedeu-lhe o prêmio “Empresa do Ano de Cuidado Responsável”. Esses fatores tornam a Eastman Chemical Company uma adição inteligente a qualquer carteira equilibrada.

Impressão 3D de Metal Avançada – Uma Tecnologia Pronta para Implantação

Existem muitas razões pelas quais a impressão 3D de metal é a opção ideal para viajantes espaciais e aqueles em locais de difícil acesso. A capacidade de criar e produzir designs quase ilimitados torna essas ferramentas um ativo valioso para qualquer operação. No futuro, o preço das impressoras 3D continuará a cair, graças a melhorias adicionais em materiais e processos. Como tal, é sábio manter-se atualizado sobre a indústria de impressão 3D para mais oportunidades no futuro.

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