Tangu karne ya 20, wanadamu wamevutiwa na kuchunguza nafasi na kuelewa kile kilicho nje ya Dunia.Mashirika makubwa kama vile NASA na ESA yamekuwa mstari wa mbele katika uchunguzi wa anga, na mhusika mwingine muhimu katika ushindi huu ni uchapishaji wa 3D.Kwa uwezo wa kuzalisha haraka sehemu ngumu kwa gharama nafuu, teknolojia hii ya kubuni inazidi kuwa maarufu katika makampuni.Inafanya uundaji wa programu nyingi iwezekanavyo, kama vile satelaiti, vazi la anga, na vijenzi vya roketi.Kwa kweli, kulingana na SmarTech, thamani ya soko ya viwanda vya ziada vya sekta ya anga ya juu inatarajiwa kufikia €2.1 bilioni ifikapo 2026. Hii inazua swali: Je, uchapishaji wa 3D unawezaje kuwasaidia wanadamu kufanya vyema katika anga?
Hapo awali, uchapishaji wa 3D ulitumiwa hasa kwa upigaji picha wa haraka katika tasnia ya matibabu, magari, na anga.Walakini, kwa kuwa teknolojia imeenea zaidi, inazidi kutumika kwa vifaa vya kusudi la mwisho.Teknolojia ya utengenezaji wa nyongeza ya chuma, haswa L-PBF, imeruhusu utengenezaji wa aina mbalimbali za metali zenye sifa na uimara zinazofaa kwa hali mbaya ya anga.Teknolojia nyingine za uchapishaji za 3D, kama vile DED, jetting binder, na mchakato wa extrusion, pia hutumiwa katika utengenezaji wa vipengele vya angani.Katika miaka ya hivi majuzi, miundo mipya ya biashara imeibuka, huku kampuni kama vile Made in Space na Relativity Space zikitumia teknolojia ya uchapishaji ya 3D kubuni vipengee vya angani.
Nafasi ya Uhusiano inakuza kichapishaji cha 3D kwa tasnia ya anga
Teknolojia ya uchapishaji ya 3D katika anga
Sasa kwa kuwa tumezianzisha, hebu tuangalie kwa karibu teknolojia mbalimbali za uchapishaji za 3D zinazotumiwa katika sekta ya anga.Kwanza, ni lazima ieleweke kwamba viwanda vya ziada vya chuma, hasa L-PBF, vinatumiwa sana katika uwanja huu.Utaratibu huu unahusisha kutumia nishati ya laser kuunganisha safu ya poda ya chuma kwa safu.Inafaa hasa kwa kutengeneza sehemu ndogo, ngumu, sahihi na zilizobinafsishwa.Watengenezaji wa anga wanaweza pia kufaidika na DED, ambayo inahusisha kuweka waya au poda ya chuma na hutumika zaidi kutengeneza, kupaka au kutengeneza sehemu za chuma au kauri zilizogeuzwa kukufaa.
Kinyume chake, jetting ya binder, ingawa ina faida katika suala la kasi ya uzalishaji na gharama ya chini, haifai kwa kuzalisha sehemu za mitambo za utendaji wa juu kwa sababu inahitaji hatua za kuimarisha baada ya usindikaji ambazo huongeza muda wa utengenezaji wa bidhaa ya mwisho.Teknolojia ya extrusion pia inafaa katika mazingira ya nafasi.Ikumbukwe kwamba sio polima zote zinafaa kutumika angani, lakini plastiki zenye utendaji wa juu kama vile PEEK zinaweza kuchukua nafasi ya sehemu zingine za chuma kwa sababu ya nguvu zao.Hata hivyo, mchakato huu wa uchapishaji wa 3D bado haujaenea sana, lakini unaweza kuwa mali muhimu ya uchunguzi wa nafasi kwa kutumia nyenzo mpya.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ni teknolojia inayotumika sana katika uchapishaji wa 3D kwa anga.
Uwezo wa Nyenzo za Nafasi
Sekta ya anga ya juu imekuwa ikichunguza nyenzo mpya kupitia uchapishaji wa 3D, ikipendekeza njia mbadala za kibunifu ambazo zinaweza kutatiza soko.Ingawa metali kama vile titanium, alumini, na aloi za nikeli-chromium zimekuwa zikizingatiwa kila wakati, nyenzo mpya hivi karibuni inaweza kuiba uangalizi: regolith ya mwezi.Lunar regolith ni safu ya vumbi inayofunika mwezi, na ESA imeonyesha manufaa ya kuichanganya na uchapishaji wa 3D.Advenit Makaya, mhandisi mkuu wa utengenezaji wa ESA, anaelezea regolith ya mwezi kama sawa na saruji, ambayo kimsingi inaundwa na silicon na vipengele vingine vya kemikali kama vile chuma, magnesiamu, alumini na oksijeni.ESA imeshirikiana na Lithoz kutengeneza visehemu vidogo vya kufanya kazi kama vile skrubu na gia kwa kutumia ulinganishaji wa regolith ya mwezi na sifa zinazofanana na vumbi halisi la mwezi.
Michakato mingi inayohusika katika utengenezaji wa regolith ya mwezi hutumia joto, na kuifanya ilingane na teknolojia kama vile SLS na suluhu za uchapishaji za kuunganisha poda.ESA pia inatumia teknolojia ya D-Shape kwa lengo la kutoa sehemu dhabiti kwa kuchanganya kloridi ya magnesiamu na nyenzo na kuichanganya na oksidi ya magnesiamu inayopatikana katika sampuli iliyoiga.Mojawapo ya faida muhimu za nyenzo hii ya mwezi ni azimio lake la uchapishaji bora zaidi, na kuiwezesha kutoa sehemu kwa usahihi wa juu zaidi.Kipengele hiki kinaweza kuwa nyenzo kuu katika kupanua anuwai ya programu na vifaa vya utengenezaji kwa misingi ya mwezi ujao.
Lunar Regolith ni Kila mahali
Pia kuna Martian regolith, akimaanisha nyenzo za chini ya ardhi zinazopatikana kwenye Mirihi.Hivi sasa, mashirika ya anga ya kimataifa hayawezi kurejesha nyenzo hii, lakini hii haijawazuia wanasayansi kutafiti uwezo wake katika miradi fulani ya anga.Watafiti wanatumia vielelezo vilivyoiga vya nyenzo hii na wanaichanganya na aloi ya titani ili kutengeneza zana au vijenzi vya roketi.Matokeo ya awali yanaonyesha kuwa nyenzo hii itatoa nguvu zaidi na kulinda vifaa kutokana na uharibifu wa kutu na mionzi.Ingawa nyenzo hizi mbili zina mali sawa, regolith ya mwezi bado ndio nyenzo iliyojaribiwa zaidi.Faida nyingine ni kwamba nyenzo hizi zinaweza kutengenezwa kwenye tovuti bila hitaji la kusafirisha malighafi kutoka Duniani.Kwa kuongeza, regolith ni chanzo cha nyenzo kisichokwisha, kusaidia kuzuia uhaba.
Matumizi ya teknolojia ya uchapishaji ya 3D katika tasnia ya anga
Utumizi wa teknolojia ya uchapishaji ya 3D katika tasnia ya anga inaweza kutofautiana kulingana na mchakato mahususi unaotumika.Kwa mfano, muunganisho wa kitanda cha poda ya leza (L-PBF) inaweza kutumika kutengeneza sehemu ngumu za muda mfupi, kama vile mifumo ya zana au vipuri vya nafasi.Launcher, kampuni iliyoanzishwa California, ilitumia teknolojia ya uchapishaji ya 3D ya yakuti sapphire-metal ya Velo3D ili kuboresha injini yake ya roketi kioevu ya E-2.Mchakato wa mtengenezaji ulitumiwa kuunda turbine ya induction, ambayo ina jukumu muhimu katika kuharakisha na kuendesha LOX (oksijeni ya kioevu) kwenye chumba cha mwako.Turbine na kitambuzi kila kimoja kilichapishwa kwa kutumia teknolojia ya uchapishaji ya 3D na kisha kuunganishwa.Kipengele hiki cha ubunifu huipatia roketi mtiririko mkubwa wa maji na msukumo mkubwa, na kuifanya kuwa sehemu muhimu ya injini.
Velo3D ilichangia matumizi ya teknolojia ya PBF katika kutengeneza injini ya roketi ya kioevu ya E-2.
Utengenezaji wa nyongeza una matumizi mapana, pamoja na utengenezaji wa miundo midogo na mikubwa.Kwa mfano, teknolojia za uchapishaji za 3D kama vile Relativity Space's Stargate solution inaweza kutumika kutengeneza sehemu kubwa kama vile matangi ya mafuta ya roketi na blade za propela.Relativity Space imethibitisha hili kupitia uzalishaji uliofaulu wa Terran 1, roketi iliyochapishwa karibu kabisa ya 3D, ikijumuisha tanki la mafuta lenye urefu wa mita kadhaa.Uzinduzi wake wa kwanza mnamo Machi 23, 2023, ulionyesha ufanisi na uaminifu wa michakato ya utengenezaji wa nyongeza.
Teknolojia ya uchapishaji ya 3D inayotokana na extrusion pia inaruhusu utengenezaji wa sehemu kwa kutumia nyenzo za utendaji wa juu kama vile PEEK.Vipengele vilivyotengenezwa kwa thermoplastic hii tayari vimejaribiwa angani na viliwekwa kwenye Rashid rover kama sehemu ya misheni ya mwezi ya UAE.Madhumuni ya jaribio hili lilikuwa kutathmini upinzani wa PEEK kwa hali mbaya zaidi za mwezi.Ikifaulu, PEEK inaweza kuchukua nafasi ya sehemu za chuma katika hali ambapo sehemu za chuma huvunjika au nyenzo ni chache.Zaidi ya hayo, sifa nyepesi za PEEK zinaweza kuwa na thamani katika uchunguzi wa anga.
Teknolojia ya uchapishaji ya 3D inaweza kutumika kutengeneza sehemu mbalimbali kwa ajili ya sekta ya anga.
Faida za uchapishaji wa 3D katika tasnia ya anga
Manufaa ya uchapishaji wa 3D katika tasnia ya anga ni pamoja na uboreshaji wa mwonekano wa mwisho wa sehemu ikilinganishwa na mbinu za jadi za ujenzi.Johannes Homa, Mkurugenzi Mtendaji wa mtengenezaji wa printa wa 3D Lithoz wa Austria, alisema kuwa "teknolojia hii hufanya sehemu kuwa nyepesi."Kwa sababu ya uhuru wa kubuni, bidhaa zilizochapishwa za 3D ni bora zaidi na zinahitaji rasilimali chache.Hii ina athari chanya juu ya athari ya mazingira ya uzalishaji wa sehemu.Relativity Space imeonyesha kuwa utengenezaji wa nyongeza unaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa idadi ya vifaa vinavyohitajika kutengeneza vyombo vya anga.Kwa roketi ya Terran 1, sehemu 100 zilihifadhiwa.Kwa kuongezea, teknolojia hii ina faida kubwa katika kasi ya uzalishaji, na roketi inakamilika kwa chini ya siku 60.Kinyume chake, kutengeneza roketi kwa kutumia mbinu za kitamaduni kunaweza kuchukua miaka kadhaa.
Kuhusu usimamizi wa rasilimali, uchapishaji wa 3D unaweza kuhifadhi nyenzo na, katika hali nyingine, hata kuruhusu kuchakata taka.Mwishowe, utengenezaji wa nyongeza unaweza kuwa nyenzo muhimu ya kupunguza uzito wa roketi.Lengo ni kuongeza matumizi ya nyenzo za ndani, kama vile regolith, na kupunguza usafirishaji wa nyenzo ndani ya vyombo vya anga.Hii inafanya uwezekano wa kubeba printa ya 3D pekee, ambayo inaweza kuunda kila kitu kwenye tovuti baada ya safari.
Made in Space tayari imetuma moja ya vichapishi vyake vya 3D angani kwa majaribio.
Mapungufu ya uchapishaji wa 3D katika nafasi
Ingawa uchapishaji wa 3D una faida nyingi, teknolojia bado ni mpya na ina mapungufu.Advenit Makaya alisema, "Moja ya shida kuu za utengenezaji wa nyongeza katika tasnia ya anga ni udhibiti wa michakato na uthibitishaji."Watengenezaji wanaweza kuingia kwenye maabara na kupima uimara wa kila sehemu, kutegemewa na muundo mdogo kabla ya uthibitishaji, mchakato unaojulikana kama majaribio yasiyoharibu (NDT).Hata hivyo, hii inaweza kuwa ya muda mrefu na ya gharama kubwa, hivyo lengo kuu ni kupunguza haja ya vipimo hivi.Hivi majuzi NASA ilianzisha kituo cha kushughulikia suala hili, ililenga uthibitisho wa haraka wa vifaa vya chuma vilivyotengenezwa na utengenezaji wa nyongeza.Kituo hicho kinalenga kutumia mapacha ya kidijitali kuboresha miundo ya kompyuta ya bidhaa, jambo ambalo litasaidia wahandisi kuelewa vyema utendakazi na mapungufu ya sehemu, ikiwa ni pamoja na shinikizo la kiasi gani wanaweza kuhimili kabla ya kuvunjika.Kwa kufanya hivyo, kituo hicho kinatarajia kusaidia kukuza utumiaji wa uchapishaji wa 3D katika tasnia ya anga, na kuifanya iwe na ufanisi zaidi katika kushindana na mbinu za kitamaduni za utengenezaji.
Vipengele hivi vimepitia kuegemea kwa kina na upimaji wa nguvu.
Kwa upande mwingine, mchakato wa uthibitishaji ni tofauti ikiwa utengenezaji unafanywa katika nafasi.Advenit Makaya wa ESA anaeleza, "Kuna mbinu ambayo inahusisha kuchanganua sehemu wakati wa uchapishaji."Njia hii husaidia kuamua ni bidhaa gani zilizochapishwa zinafaa na ambazo hazifai.Zaidi ya hayo, kuna mfumo wa kujisahihisha wa vichapishi vya 3D vinavyokusudiwa nafasi na unajaribiwa kwenye mashine za chuma.Mfumo huu unaweza kutambua makosa yanayoweza kutokea katika mchakato wa utengenezaji na kurekebisha vigezo vyake kiotomatiki ili kurekebisha kasoro yoyote katika sehemu hiyo.Mifumo hii miwili inatarajiwa kuboresha uaminifu wa bidhaa zilizochapishwa katika nafasi.
Ili kuthibitisha ufumbuzi wa uchapishaji wa 3D, NASA na ESA zimeweka viwango.Viwango hivi vinajumuisha mfululizo wa vipimo ili kuamua kuegemea kwa sehemu.Wanazingatia teknolojia ya mchanganyiko wa kitanda cha unga na wanazisasisha kwa michakato mingine.Walakini, wachezaji wengi wakuu katika tasnia ya vifaa, kama vile Arkema, BASF, Dupont, na Sabic, pia hutoa ufuatiliaji huu.
Kuishi katika nafasi?
Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya uchapishaji ya 3D, tumeona miradi mingi iliyofanikiwa Duniani inayotumia teknolojia hii kujenga nyumba.Hili linatufanya tujiulize kama mchakato huu unaweza kutumika katika siku za usoni au za mbali kuunda miundo inayoweza kukaliwa angani.Ingawa kuishi angani kwa sasa ni jambo lisilowezekana, kujenga nyumba, hasa mwezini, kunaweza kuwa na manufaa kwa wanaanga katika kutekeleza misheni ya angani.Lengo la Shirika la Anga za Juu la Ulaya (ESA) ni kujenga majumba kwenye mwezi kwa kutumia regolith ya mwezi, ambayo inaweza kutumika kutengeneza kuta au matofali ili kuwalinda wanaanga dhidi ya mionzi.Kulingana na Advenit Makaya kutoka ESA, regolith ya mwezi inaundwa na takriban 60% ya chuma na 40% ya oksijeni na ni nyenzo muhimu kwa maisha ya mwanaanga kwa sababu inaweza kutoa chanzo kisicho na mwisho cha oksijeni ikitolewa kutoka kwa nyenzo hii.
NASA imetoa ruzuku ya dola milioni 57.2 kwa ICON kwa kutengeneza mfumo wa uchapishaji wa 3D wa ujenzi wa miundo kwenye uso wa mwezi na pia inashirikiana na kampuni kuunda makazi ya Mars Dune Alpha.Kusudi ni kujaribu hali ya maisha kwenye Mirihi kwa kuwafanya wajitolea kuishi katika makazi kwa mwaka mmoja, wakiiga hali kwenye Sayari Nyekundu.Juhudi hizi zinawakilisha hatua muhimu kuelekea ujenzi wa moja kwa moja wa miundo iliyochapishwa ya 3D kwenye mwezi na Mirihi, ambayo hatimaye inaweza kufungua njia ya ukoloni wa anga za juu za binadamu.
Katika siku zijazo za mbali, nyumba hizi zinaweza kuwezesha maisha kuishi angani.
Muda wa kutuma: Juni-14-2023