Tillverkning i omloppsbana utvecklas med metall-3D-utskrift

Metall-3D-utskriftstekniker har kommit långt under de senaste fem åren. Framsteg inom materialvetenskap, leveransmetoder och automatisering har gjort 3D-utskrift mer utbredd i ekonomin. Nu är 3D-utskrift redo att ge sig utanför atmosfären. Här är vad du behöver veta.

3D-utskrift är en stor affär

3D-utskriftsindustrin fortsätter att expandera sina verksamheter. Forskare från BGC har förutspått att industrin kommer att överstiga +95 miljarder dollar i värde år 2032. Detta tillagda värde representerar en enorm tillväxt sedan 2022 när marknaden värderades till 18 miljarder dollar. Nu är marknaden på väg att expandera till nya höjder när världens ledande rymdutforskningslag söker lösningar på sina reseproblem.

Metall-3D-utskrift

Det finns många typer av 3D-utskrift i bruk idag. Speciellt har metall-3D-utskrift sett några av de viktigaste förbättringarna de senaste åren. Metall-3D-skrivare skapas genom att lägga på successiva lager av uppvärmt metall i ett förutbestämt mönster innan det får svalna till form. Denna metod för att skriva ut produkter kan producera komplexa lågviktsdelar som kan användas i flygplan och medicinska komponenter.

Utskrift i rymden

Framtida rymdutforskningslag måste använda enheter som denna för att kompensera för sin brist på resurser. Därför har en samlad insats lagts på att studera 3D-utskrift under atmosfäriska förhållanden utanför jorden. På samma sätt ville ESA-forskare studera effekterna av olika gravitationskrafter på material och processer.

Att skriva ut föremål i rymden har potentialen att skjuta mänsklighetens ansträngningar mot nya destinationer. Dessa enheter hjälper till att minska avfall, förbättra flexibilitet och sänka vikten. Naturligtvis har utskrift i rymden sina problem som måste övervinnas innan den kan nå sin fulla potential. Specifikt gör en brist på tryck och gravitationskrafter det svårt att lägga lager av material.

Första metall-3D-utskriften på rymdstationen

Denna månad markerar en viktig milstolpe för rymd-3D-utskriftssektorn då ESA (European Space Agency) meddelade den framgångsrika utskriften av flera 3D-metallkomponenter i mikrogravitation för den Internationella Rymdstationen. Detta nyhet är ett av de första gångerna som 3D-utskriftsindustrin har lanserat sig i rymden. För närvarande leder EU utvecklingen på denna marknad med sin senaste forskning som ger potential att revolutionera industrin.

Metall-3D-skrivarens teknologidemonstrator

Det innovativa ESA-forskarteamet skapade en specialbyggd metall-3D-skrivare designad för att hantera mikrogravitation i detta test. Den 180 kg tunga enheten utnyttjar en rostfri tråd för att skapa styva metallprodukter och verktyg i små, sekventiellt applicerade lager. Därefter integrerades en kraftfull laser för att värma tråden. Denna laser är stark nog att omvandla metallen till en vätska, som droppar i en smältbassäng som matar utskriftsapplikatorn.

Säkerhetsfunktioner

Vissa viktiga säkerhetsfunktioner som integrerats i denna skrivare är unika för rymdresor. Till exempel är enheten helt innesluten i en låda som är designad för att absorbera och förhindra att värme läcker ut i kabinen. Detta skydd förhindrar också att rök sprider sig i farkosten, vilket kan vara potentiellt dödligt för djup rymdutforskare.

Virtuell övervakning

En annan spännande funktion i den uppgraderade 3D-skrivaren är full automatisering och kontroll från markkontrollen. Besättningen kan slappna av medan markpersonalen hanterar alla tekniska krav. Det enda steg astronauterna måste utföra är att öppna kvävgasen, vilket säkerställer korrekt ventilation i farkosten.

En av huvudorsakerna till att denna kontrollmetod är avgörande är att den möjliggör lång rymdresa, även om en viss forskare inte kan fortsätta. Markpersonalen kan tillhandahålla rätt logistik och materialstöd till de överlevande besättningsmedlemmarna när det behövs.

Testning

Fyra delar designades och skickades till rymdstationsskrivaren från jorden som en del av testprocessen. Den fullskaliga 3D-utskriftsprocessen initierades, kontrollerades, övervakades och granskades framgångsrikt av markkontrollteamet. De utskrivna enheterna är nu på väg för ytterligare testning.

Specifikt kommer två av de fyra enheterna att skickas till European Astronaut Centre och Technical University of Denmark, DTU. De sista två utskrifterna kommer att testas vid det prestigefyllda Materials and Electrical Components Laboratory på ESTEC i Nederländerna. Där kommer de att jämföras med markutskrivna versioner för att undersöka eventuella skillnader i kvalitet, hållbarhet, konsistens eller andra faktorer som kan äventyra framtida uppdrag.

3D-skrivarinstallation

En annan spännande aspekt av den avancerade metall-3D-skrivaren är dess modularitet. Skrivarens designade för att passa direkt i European Draw Rack Mark II i Columbus-modulen. Detta tillvägagångssätt gör enheterna redo för användning i alla kompatibla rymdorganisationer. Speciellt var det ESA-astronauten Andreas Mogensen som fick i uppdrag att installera den.

Internationella rymdstationen

Uppskjuten i november 2000 fungerar ISS (International Space Station) som en fyr av internationellt samarbete. Detta massiva 460 ton tunga rymdfarkost har 6 sovkvarter, ett komplett gym och är cirka 100 yards lång. Speciellt kretsar detta vetenskapliga testområde runt jorden 16 gånger per dag med en häpnadsväckande hastighet på 28 800 km/h. Denna hastighet innebär att passagerarna får se 16 soluppgångar varje 24 timmar ombord. Dessutom kan de njuta av dessa hisnande ögonblick från det stora 360-graders fönstret på rymdstationen.

Vetenskapliga forskningsaktiviteter

Idag är ISS en viktig komponent för forskning och testning av ny teknik i rymden. Det svävande laboratoriet erbjuder en unik plats för att testa föremål under förlängd mikrogravitation. Det har genomförts tusentals experiment och tester sedan stationens lansering och den förblir en av de få platserna där man kan få en verkligt förlängd mikrogravitationserfarenhet.

Kontroll av kvalitet i låg gravitation

Den främsta anledningen till att dessa tester är avgörande för framtida utforskning är att forskare har begränsad data om hur metall-3D-utskrift fungerar i rymden. I normala gravitationsscenarier kan enheterna enkelt lägga lager av sina kompositmaterial. Denna process blir svårare när man hanterar mikrogravitation, turbulens och andra förhållanden.

En viktig aspekt som forskare vill testa är hur hållbara utskrivna enheter kan göras jämfört med deras markbaserade motsvarigheter. De är angelägna om att ta reda på om mikrogravitation kan påverka metallmaterial negativt, särskilt under lagerprocessen. Därför finns det stor förväntan kring den slutgiltiga granskningen av dessa utskrivna föremål.

Fördelar med metall-3D-skrivare i rymden

Uppenbarelsen att det redan finns metall-3D-skrivare i drift i rymden är en ögonöppnare. Fördelarna med dessa enheter är så stora att rymdorganisationer och 3D-utskriftsföretag i åratal har samarbetat för att försöka lösa de många komplexiteterna med att skapa föremål i minimal gravitation.

Speciellt är en av huvudfördelarna med 3D-utskrift att de föremål du behöver kan skapas på plats. För rymdresenärer blir detta deras bästa alternativ. Till skillnad från rymdutforsknings-TV-serier är chansen att en besättningsmedlem teleporterar ner till en planet för att fylla på mycket osannolik. I de flesta fall måste astronauterna kunna skapa sina behov från det som finns ombord. Här är några andra fördelar att känna till.

Lägre vikt/kostnad

Kostnaden för att ta med ett enda pund till rymden ligger på tusentals. Därför finns det inte mycket budget för lågteknologiska reparationsverktyg som skruvnycklar, skruvmejslar och andra nödvändiga men kanske inte alltid behövda enheter. 3D-utskrift erbjuder ett hållbart alternativ som är snabbare och kostar mindre än att skicka en raket med förnödenheter till omloppsbana.

Ny verktygsdesign

En annan fantastisk fördel med denna metall-3D-skrivare är möjligheten att skapa nya typer av verktyg och instrument när de uppfinns. Det är sannolikt att framtida rymdresenärer kommer att behöva specialbyggda verktyg för att hantera sällsynta och otänkbara miljöer. Metall-3D-skrivare skulle göra det möjligt för dessa besättningar att vara flexibla och anpassa sig när det behövs för att slutföra sina uppdragskrav.

Minska avfall

Ironiskt nog är avfallshantering en av de mest avgörande komponenterna i framtida rymdresor. Till skillnad från jorden, där du kan slänga ditt skräp vid vägkanten och hoppas att det långsamt löser upp i miljön, kan rymdskräp orsaka allvarliga problem för framtida resenärer.

Den minsta biten av rymdskräp färdas tillräckligt snabbt för att skada satelliter, rymdfarkoster och andra känsliga föremål inklusive astronauter. Tyvärr är låg jordbana redan översvämmad med rymdskräp. 3D-utskrift kan hjälpa till att minska avfall, vilket i sin tur skulle hjälpa till att förhindra rymdskräp.

Avancerade metall-3D-skrivare kan användas för att smälta ner redan producerade föremål och återanvända deras material för att tillverka andra enheter. Föreställ dig en astronaut som använder en skiftnyckel innan han smälter ner föremålet igen och skriver ut det till ett annat värdefullt verktyg som behövs för att slutföra uppgiften. Denna vision eliminerar onödigt avfall och öppnar dörren för säkrare rymdresor i framtiden.

Forskare

Forskare från ESA, inklusive Rob Postema, Sébastien Girault och andra mycket respekterade ingenjörer, genomförde dessa tester för att upptäcka nyckelområden för förbättring av metall-3D-utskrift i rymden. Speciellt möjliggjordes projektet tack vare finansiering från Airbus. Airbus är ett av de mest framstående automatiseringsföretagen i världen och den ledande aktören i EU.

Framtiden för metall-3D-utskrift

Framtiden för metall-3D-utskrift ser ljus ut. Dessa senaste framstegen, i kombination med ökad AI-integration, fortsätter att sänka de tekniska och finansiella hindren för denna teknik. Speciellt ser vissa forskare en framtid där bostäder, verktyg, reservdelar och till och med mänskliga organ skrivs ut.

Företag som banar väg för 3D-utskrift

3D-utskriftsindustrin är mer än bara tillverkare av skrivare. Många företag specialiserar sig på avancerade 3D-utskriftsprodukter. Det finns leverantörer av spolar, designers, mjukvaruutvecklare och mycket mer. Alla dessa komponenter arbetar tillsammans för att driva integrationen av 3D-utskrift. Här är några företag som kan dra nytta av den senaste forskningen om 3D-utskrift i rymden.

1. Desktop Metal

Desktop Metal är en av de ledande leverantörerna av 3D-utskriftsmaskinvara i världen. Företaget grundades 2015 med målet att samla ihop komponenterna i 3D-utskriftsindustrin vid den tiden. Speciellt säkrade företaget 438 miljoner dollar i finansiering från främsta investerare inklusive Google Ventures, BMW och Ford Motor Company (F ).

Denna tillverkare baserad i Massachusetts designar både metall- och kolfiber-3D-skrivare för industriella kunder. För närvarande har den kunder inom stora bil- och rymdindustriföretag. Därmed har företaget fått betydande erkännande, inklusive att listas på MIT Technology Review’s 50 Smartest Companies och stöd från World Economic Forum.

DM-aktien anses vara ett bra köp på grund av företagets position på marknaden och expansionen av metall-3D-utskriftssektorn. Dessa faktorer, i kombination med projektets starka stöd, gör Desktop Metal till ett smart tillskott med potential.

2. Eastman Chemical Company

EMN Prisdiagram

Eastman Chemical Company (EMN ) tillhandahåller kemikalier och andra material som krävs för 3D-utskrift. Detta företag har ett rykte för att leverera högkvalitativ service och produkter till industriella kunder sedan grundandet 1920 av George Eastman. Idag är det fortfarande en banbrytande kraft på marknaden.

Speciellt har Eastman Chemical Company mottagit flera utmärkelser för sina tidigare prestationer. Till exempel, 2013 tilldelade American Chemistry Council (ACC) företaget det eftertraktade priset “Responsible Care Company of the Year”. Dessa faktorer gör Eastman Chemical Company till ett smart tillskott i vilken balanserad portfölj som helst.

Avancerad metall-3D-utskrift – En teknik redo för implementering

Det finns många anledningar till att metall-3D-utskrift är det idealiska alternativet för rymdresenärer och de i svåråtkomliga platser. Förmågan att skapa och producera nästan oändliga designer gör dessa verktyg till en värdefull tillgång för alla verksamheter. I framtiden kommer priset på 3D-skrivare fortsätta att sjunka, tack vare ytterligare förbättringar i material och processer. Därför är det klokt att hålla sig uppdaterad om 3D-utskriftsindustrin för fler möjligheter i framtiden.

Läs mer om annan Cool Manufacturing Tech