Bho an 20mh linn, tha a’ chinne-daonna air a bhith air a bheò-ghlacadh le bhith a’ sgrùdadh fànais agus a’ tuigsinn dè a tha taobh a-muigh na Talmhainn. Tha buidhnean mòra leithid NASA agus ESA air a bhith aig fìor thoiseach rannsachaidh fànais, agus is e clò-bhualadh 3D cluicheadair cudromach eile san dòigh seo. Leis a’ chomas pàirtean iom-fhillte a thoirt gu buil gu luath aig cosgais ìseal, tha an teicneòlas dealbhaidh seo a’ sìor fhàs mòr-chòrdte ann an companaidhean. Tha e a’ dèanamh cruthachadh mòran thagraidhean comasach, leithid saidealan, deiseachan-fànais, agus co-phàirtean rocaid. Gu dearbh, a rèir SmarTech, thathar an dùil gun ruig luach margaidh saothrachadh cur-ris gnìomhachas fànais prìobhaideach €2.1 billean ro 2026. Tha seo a’ togail a’ cheist: Ciamar as urrainn do chlò-bhualadh 3D daoine a chuideachadh gus soirbheachadh ann am fànais?
An toiseach, chaidh clò-bhualadh 3D a chleachdadh sa mhòr-chuid airson prototàipeadh luath anns na gnìomhachasan meidigeach, chàraichean agus itealain. Ach, mar a tha an teicneòlas air fàs nas fharsainge, tha e ga chleachdadh barrachd is barrachd airson co-phàirtean adhbhair dheireannaich. Tha teicneòlas saothrachaidh stuthan cur-ris meatailt, gu sònraichte L-PBF, air leigeil le cinneasachadh measgachadh de mheatailtean le feartan agus seasmhachd a tha freagarrach airson suidheachaidhean fànais anabarrach. Tha teicneòlasan clò-bhualaidh 3D eile, leithid DED, jetting ceangailteach, agus pròiseas eas-tharraing, cuideachd air an cleachdadh ann an saothrachadh cho-phàirtean itealain. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha modalan gnìomhachais ùra air nochdadh, le companaidhean leithid Made in Space agus Relativity Space a’ cleachdadh teicneòlas clò-bhualaidh 3D gus co-phàirtean itealain a dhealbhadh.
Relativity Space a’ leasachadh clò-bhualadair 3D airson gnìomhachas an aerospace
Teicneòlas clò-bhualaidh 3D ann an aerospace
A-nis gu bheil sinn air an toirt a-steach, leig dhuinn sùil nas mionaidiche a thoirt air na diofar theicneòlasan clò-bhualaidh 3D a thathas a’ cleachdadh ann an gnìomhachas an itealain. An toiseach, bu chòir a thoirt fa-near gur e saothrachadh stuthan cur-ris meatailt, gu sònraichte L-PBF, an fheadhainn as fharsainge a thathas a’ cleachdadh san raon seo. Tha am pròiseas seo a’ toirt a-steach a bhith a’ cleachdadh lùth laser gus pùdar meatailt a leaghadh sreath air shreath. Tha e gu sònraichte freagarrach airson pàirtean beaga, iom-fhillte, mionaideach agus gnàthaichte a dhèanamh. Faodaidh luchd-saothrachaidh itealain buannachd fhaighinn bho DED cuideachd, a tha a’ toirt a-steach tasgadh uèir meatailt no pùdar agus a thathas a’ cleachdadh sa mhòr-chuid airson càradh, còmhdach no cinneasachadh phàirtean meatailt no ceirmeag gnàthaichte.
An coimeas ri sin, ged a tha buannachd ann a thaobh astar cinneasachaidh agus cosgais ìseal, chan eil jetting ceangailteach freagarrach airson pàirtean meacanaigeach àrd-choileanaidh a dhèanamh oir tha feum air ceumannan neartachaidh iar-phròiseasaidh a mheudaicheas ùine saothrachaidh an toraidh chrìochnaichte. Tha teicneòlas eas-tharraing cuideachd èifeachdach ann an àrainneachd fànais. Bu chòir a thoirt fa-near nach eil a h-uile poileimear freagarrach airson an cleachdadh ann am fànais, ach faodaidh plastaig àrd-choileanaidh leithid PEEK cuid de phàirtean meatailt a chuir an àite air sgàth an neart. Ach, chan eil am pròiseas clò-bhualaidh 3D seo fhathast glè chumanta, ach faodaidh e a bhith na mhaoin luachmhor airson sgrùdadh fànais le bhith a’ cleachdadh stuthan ùra.
'S e teicneòlas a thathas a' cleachdadh gu farsaing ann an clò-bhualadh 3D airson aerospace a th' ann an Leaghadh Leabaidh Pùdar Laser (L-PBF).
Comas Stuthan Fànais
Tha gnìomhachas an itealain-adhair air a bhith a’ sgrùdadh stuthan ùra tro chlò-bhualadh 3D, a’ moladh roghainnean eile ùr-ghnàthach a dh’ fhaodadh a’ mhargaidh a mhilleadh. Ged a tha meatailtean leithid titanium, alùmanum, agus aloidhean nicil-cròmium air a bhith mar phrìomh fhòcas an-còmhnaidh, is dòcha gun goid stuth ùr an aire a dh’ aithghearr: regolith gealaich. Tha regolith gealaich na shreath de dhuslach a tha a’ còmhdach na gealaich, agus tha ESA air na buannachdan bho bhith ga chur còmhla ri clò-bhualadh 3D a nochdadh. Tha Advenit Makaya, innleadair saothrachaidh àrd aig ESA, a’ toirt cunntas air regolith gealaich mar rud coltach ri concrait, air a dhèanamh sa mhòr-chuid de silicon agus eileamaidean ceimigeach eile leithid iarann, magnesium, alùmanum, agus ogsaidean. Tha ESA air com-pàirteachadh le Lithoz gus pàirtean beaga gnìomh leithid sgriothan agus gèaraichean a thoirt gu buil a’ cleachdadh regolith gealaich samhlaichte le feartan coltach ri duslach gealaich fìor.
Bidh a’ mhòr-chuid de na pròiseasan a tha an sàs ann a bhith a’ dèanamh regolith gealaich a’ cleachdadh teas, ga dhèanamh co-chòrdail ri teicneòlasan leithid SLS agus fuasglaidhean clò-bhualaidh ceangail pùdar. Tha ESA cuideachd a’ cleachdadh teicneòlas D-Shape leis an amas pàirtean cruaidh a dhèanamh le bhith a’ measgachadh clòraid magnesium le stuthan agus ga chur còmhla ri magnesium oxide a lorgar anns an sampall samhlaichte. Is e aon de na buannachdan cudromach a tha an lùib an stuth gealaich seo an rùn clò-bhualaidh nas grinne aige, a’ leigeil leis pàirtean a dhèanamh leis a’ chruinneas as àirde. Dh’ fhaodadh an fheart seo a bhith mar a’ phrìomh mhaoin ann a bhith a’ leudachadh raon nan tagraidhean agus a’ saothrachadh phàirtean airson ionadan gealaich san àm ri teachd.
Tha Regolith na gealaich anns a h-uile àite
Tha regolith Martian ann cuideachd, a’ toirt iomradh air stuth fon uachdar a lorgar air Mars. An-dràsta, chan urrainn do bhuidhnean fànais eadar-nàiseanta an stuth seo fhaighinn air ais, ach chan eil seo air stad a chuir air luchd-saidheans bho bhith a’ rannsachadh a chomas ann am pròiseactan fànais sònraichte. Tha luchd-rannsachaidh a’ cleachdadh sampallan samhlaichte den stuth seo agus ga chur còmhla ri aloidh titanium gus innealan no co-phàirtean rocaid a dhèanamh. Tha toraidhean tùsail a’ nochdadh gun toir an stuth seo neart nas àirde agus gun dìon e uidheamachd bho mheirg agus milleadh rèididheachd. Ged a tha feartan coltach ris an dà stuth seo, is e regolith gealaich an stuth as motha a chaidh a dhearbhadh fhathast. Is e buannachd eile gum faodar na stuthan seo a dhèanamh air an làrach gun fheum air stuthan amh a ghiùlan bhon Talamh. A bharrachd air an sin, tha regolith na stòr stuthan gun chrìoch, a’ cuideachadh le casg a chuir air gainnead.
Cleachdaidhean teicneòlas clò-bhualaidh 3D ann an gnìomhachas an adhair-adhair
Faodaidh cleachdaidhean teicneòlais clò-bhualaidh 3D ann an gnìomhachas an adhair-adhair atharrachadh a rèir a’ phròiseis shònraichte a thathar a’ cleachdadh. Mar eisimpleir, faodar leaghadh leabaidh pùdar leusair (L-PBF) a chleachdadh gus pàirtean geàrr-ùine iom-fhillte a dhèanamh, leithid siostaman innealan no pàirtean a bharrachd fànais. Chleachd Launcher, companaidh ùr-ghnàthach stèidhichte ann an California, teicneòlas clò-bhualaidh 3D meatailt-sapphire Velo3D gus an einnsean rocaid leaghaidh E-2 aca a leasachadh. Chaidh pròiseas an neach-dèanamh a chleachdadh gus an roth-uidheam inntrigidh a chruthachadh, a tha a’ cluich pàirt chudromach ann a bhith a’ luathachadh agus a’ draibheadh LOX (ocsaidean leaghaidh) a-steach don t-seòmar losgaidh. Chaidh an roth-uidheam agus an sensor a chlò-bhualadh le bhith a’ cleachdadh teicneòlas clò-bhualaidh 3D agus an uairsin gan cur ri chèile. Tha an eileamaid ùr-ghnàthach seo a’ toirt seachad sruth leaghaidh nas motha agus spionnadh nas motha don rocaid, ga dhèanamh na phàirt riatanach den einnsean.
Chuir Velo3D ri cleachdadh teicneòlas PBF ann an saothrachadh einnsean rocaid leaghaidh E-2.
Tha iomadh cleachdadh aig saothrachadh cur-ris, nam measg cinneasachadh structaran beaga is mòra. Mar eisimpleir, faodar teicneòlasan clò-bhualaidh 3D leithid fuasgladh Stargate aig Relativity Space a chleachdadh gus pàirtean mòra a dhèanamh leithid tancaichean connaidh rocaid agus lannan propellair. Tha Relativity Space air seo a dhearbhadh tro chinneasachadh soirbheachail an Terran 1, rocaid a chaidh a chlò-bhualadh ann an 3D cha mhòr gu tur, a’ gabhail a-steach tanca connaidh grunn mheatairean a dh’fhaid. Sheall a’ chiad chur air bhog aige air 23 Màrt 2023 èifeachdas agus earbsachd phròiseasan saothrachaidh cur-ris.
Leigidh teicneòlas clò-bhualaidh 3D stèidhichte air eas-tharraing le cinneasachadh phàirtean a’ cleachdadh stuthan àrd-choileanaidh leithid PEEK. Chaidh co-phàirtean air an dèanamh den teirmeaplastaig seo a dhearbhadh mu thràth san fhànais agus chaidh an cur air rover Rashid mar phàirt de mhisean gealaich UAE. B’ e adhbhar na deuchainn seo measadh a dhèanamh air strì PEEK an aghaidh suidheachaidhean gealaich anabarrach. Ma shoirbhicheas leis, is dòcha gum bi PEEK comasach air pàirtean meatailt a chuir nan àite ann an suidheachaidhean far a bheil pàirtean meatailt a’ briseadh no stuthan gann. A bharrachd air an sin, is dòcha gum bi feartan aotrom PEEK luachmhor ann an rannsachadh fànais.
Faodar teicneòlas clò-bhualaidh 3D a chleachdadh gus measgachadh de phàirtean a dhèanamh airson gnìomhachas an itealain.
Buannachdan clò-bhualaidh 3D ann an gnìomhachas an aerospace
Am measg nam buannachdan a tha an lùib clò-bhualadh 3D ann an gnìomhachas an adhair-adhair tha coltas deireannach nas fheàrr air pàirtean an taca ri dòighean togail traidiseanta. Thuirt Johannes Homa, Àrd-oifigear aig neach-dèanamh clò-bhualadairean 3D Ostaireach Lithoz, gu bheil “an teicneòlas seo a’ dèanamh phàirtean nas aotroime.” Air sgàth saorsa dealbhaidh, tha toraidhean clò-bhuailte 3D nas èifeachdaiche agus feumaidh iad nas lugha de ghoireasan. Tha buaidh mhath aig seo air buaidh àrainneachdail cinneasachadh phàirtean. Tha Relativity Space air sealltainn gun urrainn do shaothrachadh cur-ris an àireamh de phàirtean a tha a dhìth gus soitheach-fànais a dhèanamh a lughdachadh gu mòr. Airson rocaid Terran 1, chaidh 100 pàirt a shàbhaladh. A bharrachd air an sin, tha buannachdan mòra aig an teicneòlas seo ann an astar cinneasachaidh, leis an rocaid air a chrìochnachadh ann an nas lugha na 60 latha. An coimeas ri sin, dh’ fhaodadh saothrachadh rocaid a’ cleachdadh dhòighean traidiseanta grunn bhliadhnaichean a thoirt.
A thaobh riaghladh ghoireasan, faodaidh clò-bhualadh 3D stuthan a shàbhaladh agus, ann an cuid de chùisean, eadhon leigeil le ath-chuairteachadh sgudail. Mu dheireadh, faodaidh saothrachadh cur-ris a bhith na mhaoin luachmhor airson cuideam rocaidean a lughdachadh. Is e an t-amas an fheum as motha a dhèanamh de stuthan ionadail, leithid regolith, agus còmhdhail stuthan taobh a-staigh soitheach-fànais a lughdachadh. Tha seo ga dhèanamh comasach dìreach clò-bhualadair 3D a ghiùlan, a dh’ fhaodas a h-uile càil a chruthachadh air an làrach às deidh an turais.
Tha Made in Space air aon de na clò-bhualadairean 3D aca a chur chun fhànais airson deuchainnean mu thràth.
Cuingealachaidhean clò-bhualadh 3D ann an àite
Ged a tha mòran bhuannachdan aig clò-bhualadh 3D, tha an teicneòlas fhathast car ùr agus tha crìochan ann. Thuirt Advenit Makaya, “Is e smachd agus dearbhadh phròiseasan aon de na prìomh dhuilgheadasan le saothrachadh cur-ris ann an gnìomhachas an adhair-spòrs.” Faodaidh luchd-saothrachaidh a dhol a-steach don obair-lann agus neart, earbsachd agus meanbh-structar gach pàirt a dhearbhadh mus tèid a dhearbhadh, pròiseas ris an canar deuchainnean neo-sgriosail (NDT). Ach, faodaidh seo a bhith an dà chuid a’ toirt ùine agus daor, agus mar sin is e an amas mu dheireadh an fheum air na deuchainnean sin a lughdachadh. O chionn ghoirid stèidhich NASA ionad gus dèiligeadh ris a’ chùis seo, le fòcas air teisteanas luath air co-phàirtean meatailt air an dèanamh le saothrachadh cur-ris. Tha an t-ionad ag amas air càraid dhidseatach a chleachdadh gus modalan coimpiutair de thoraidhean a leasachadh, a chuidicheas innleadairean gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air coileanadh agus crìochan phàirtean, a’ gabhail a-steach dè an cuideam as urrainn dhaibh seasamh mus bris iad. Le bhith a’ dèanamh seo, tha an t-ionad an dòchas cuideachadh le bhith a’ brosnachadh cleachdadh clò-bhualadh 3D ann an gnìomhachas an adhair-spòrs, ga dhèanamh nas èifeachdaiche ann a bhith a’ farpais ri dòighean saothrachaidh traidiseanta.
Tha na co-phàirtean seo air a dhol tro dheuchainnean earbsachd is neart coileanta.
Air an làimh eile, tha am pròiseas dearbhaidh eadar-dhealaichte ma thèid saothrachadh a dhèanamh san fhànais. Tha Advenit Makaya bho ESA a’ mìneachadh, “Tha dòigh-obrach ann a tha a’ toirt a-steach mion-sgrùdadh a dhèanamh air na pàirtean rè clò-bhualadh.” Bidh an dòigh seo a’ cuideachadh le bhith a’ dearbhadh dè na toraidhean clò-bhuailte a tha freagarrach agus dè nach eil. A bharrachd air an sin, tha siostam fèin-cheartachaidh ann airson clò-bhualadairean 3D a tha san amharc airson fànais agus a thathas a’ dèanamh deuchainn air air innealan meatailt. Faodaidh an siostam seo mearachdan a dh’ fhaodadh a bhith ann sa phròiseas saothrachaidh aithneachadh agus na paramadairean aige atharrachadh gu fèin-ghluasadach gus uireasbhaidhean sam bith sa phàirt a cheartachadh. Thathar an dùil gun leasaich an dà shiostam seo earbsachd thoraidhean clò-bhuailte san fhànais.
Gus fuasglaidhean clò-bhualaidh 3D a dhearbhadh, tha NASA agus ESA air inbhean a stèidheachadh. Tha na h-inbhean sin a’ toirt a-steach sreath de dheuchainnean gus earbsachd phàirtean a dhearbhadh. Bidh iad a’ beachdachadh air teicneòlas leaghadh leabaidh pùdair agus gan ùrachadh airson pròiseasan eile. Ach, tha mòran de phrìomh chluicheadairean ann an gnìomhachas nan stuthan, leithid Arkema, BASF, Dupont, agus Sabic, cuideachd a’ toirt seachad an comas-lorg seo.
A’ fuireach san fhànais?
Le adhartas teicneòlas clò-bhualaidh 3D, tha sinn air mòran phròiseactan soirbheachail fhaicinn air an Talamh a bhios a’ cleachdadh an teicneòlais seo gus taighean a thogail. Tha seo gar toirt air faighneachd an gabhadh am pròiseas seo a chleachdadh san àm ri teachd faisg air làimh no fad às gus structaran àite-còmhnaidh a thogail san fhànais. Ged nach eil e reusanta a bhith a’ fuireach san fhànais an-dràsta, faodaidh togail thaighean, gu sònraichte air a’ ghealaich, a bhith buannachdail do speuradairean ann a bhith a’ coileanadh miseanan fànais. Is e amas Buidheann Fànais na h-Eòrpa (ESA) cruinneachan a thogail air a’ ghealaich a’ cleachdadh regolith gealaich, a dh’ fhaodar a chleachdadh gus ballachan no breigichean a thogail gus speuradairean a dhìon bho rèididheachd. A rèir Advenit Makaya bho ESA, tha regolith gealaich air a dhèanamh suas de mu 60% meatailt agus 40% ocsaidean agus tha e na stuth riatanach airson mairsinn speuradairean oir faodaidh e stòr ocsaidean gun chrìoch a thoirt seachad ma thèid a thoirt a-mach às an stuth seo.
Tha NASA air tabhartas de $57.2 millean a thoirt do ICON airson siostam clò-bhualaidh 3D a leasachadh airson structaran a thogail air uachdar na gealaich agus tha iad cuideachd ag obair còmhla ris a’ chompanaidh gus àrainn Mars Dune Alpha a chruthachadh. Is e an t-amas suidheachaidhean-beatha air Mars a dhearbhadh le bhith a’ toirt do shaor-thoilich fuireach ann an àrainn airson bliadhna, a’ dèanamh atharrais air suidheachaidhean air a’ Phlanaid Dhearg. Tha na h-oidhirpean seo a’ riochdachadh ceumannan deatamach a dh’ionnsaigh togail structaran clò-bhuailte 3D gu dìreach air a’ ghealaich agus air Mars, a dh’ fhaodadh mu dheireadh an t-slighe a rèiteachadh airson coloinidheachd fànais daonna.
Anns an àm ri teachd fad às, dh’ fhaodadh na taighean seo leigeil le beatha mairsinn san fhànais.
Àm puist: Ògmhios-14-2023
