२० व्या शतकापासून, मानवजातीला अवकाशाचा शोध घेण्याचे आणि पृथ्वीच्या पलीकडे काय आहे हे समजून घेण्याचे आकर्षण आहे. नासा आणि ईएसए सारख्या प्रमुख संस्था अवकाश संशोधनात आघाडीवर आहेत आणि या विजयात आणखी एक महत्त्वाचा खेळाडू म्हणजे ३डी प्रिंटिंग. कमी खर्चात जटिल भाग जलद गतीने तयार करण्याची क्षमता असल्याने, हे डिझाइन तंत्रज्ञान कंपन्यांमध्ये अधिकाधिक लोकप्रिय होत आहे. यामुळे उपग्रह, स्पेससूट आणि रॉकेट घटकांसारख्या अनेक अनुप्रयोगांची निर्मिती शक्य होते. खरं तर, स्मारटेकच्या मते, २०२६ पर्यंत खाजगी अवकाश उद्योगातील अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगचे बाजार मूल्य २.१ अब्ज युरोपर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे. यामुळे प्रश्न निर्माण होतो: ३डी प्रिंटिंग मानवांना अवकाशात उत्कृष्ट कामगिरी करण्यास कशी मदत करू शकते?
सुरुवातीला, वैद्यकीय, ऑटोमोटिव्ह आणि एरोस्पेस उद्योगांमध्ये जलद प्रोटोटाइपिंगसाठी 3D प्रिंटिंगचा वापर प्रामुख्याने केला जात असे. तथापि, तंत्रज्ञान अधिक व्यापक होत असल्याने, अंतिम उद्देश घटकांसाठी त्याचा वापर वाढत्या प्रमाणात होत आहे. मेटल अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाने, विशेषतः L-PBF ने, अत्यंत अवकाश परिस्थितीसाठी योग्य वैशिष्ट्ये आणि टिकाऊपणा असलेल्या विविध धातूंचे उत्पादन करण्यास परवानगी दिली आहे. इतर 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान, जसे की DED, बाईंडर जेटिंग आणि एक्सट्रूजन प्रक्रिया, देखील एरोस्पेस घटकांच्या निर्मितीमध्ये वापरली जातात. अलिकडच्या वर्षांत, नवीन व्यवसाय मॉडेल उदयास आले आहेत, ज्यामध्ये मेड इन स्पेस आणि रिलेटिव्हिटी स्पेस सारख्या कंपन्या एरोस्पेस घटक डिझाइन करण्यासाठी 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करतात.
रिलेटिव्हिटी स्पेस एरोस्पेस उद्योगासाठी 3D प्रिंटर विकसित करत आहे
अवकाशात ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान
आता आपण त्यांची ओळख करून दिली आहे, चला तर मग एरोस्पेस उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या विविध 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानावर बारकाईने नजर टाकूया. प्रथम, हे लक्षात घेतले पाहिजे की मेटल अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग, विशेषतः L-PBF, या क्षेत्रात सर्वाधिक वापरले जाते. या प्रक्रियेमध्ये लेसर उर्जेचा वापर करून धातूच्या पावडरचे थर थर करून एकत्र केले जातात. हे विशेषतः लहान, जटिल, अचूक आणि कस्टमाइज्ड भाग तयार करण्यासाठी योग्य आहे. एरोस्पेस उत्पादकांना DED चा देखील फायदा होऊ शकतो, ज्यामध्ये मेटल वायर किंवा पावडर जमा करणे समाविष्ट आहे आणि ते प्रामुख्याने कस्टमाइज्ड धातू किंवा सिरेमिक भाग दुरुस्त करण्यासाठी, कोटिंग करण्यासाठी किंवा उत्पादन करण्यासाठी वापरले जाते.
याउलट, बाईंडर जेटिंग, उत्पादन गती आणि कमी खर्चाच्या दृष्टीने फायदेशीर असले तरी, उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या यांत्रिक भागांच्या उत्पादनासाठी योग्य नाही कारण त्यासाठी अंतिम उत्पादनाच्या उत्पादन वेळेत वाढ करण्यासाठी पोस्ट-प्रोसेसिंग मजबूतीकरण चरणांची आवश्यकता असते. एक्सट्रूजन तंत्रज्ञान अवकाश वातावरणात देखील प्रभावी आहे. हे लक्षात घेतले पाहिजे की सर्व पॉलिमर अवकाशात वापरण्यासाठी योग्य नाहीत, परंतु PEEK सारखे उच्च-कार्यक्षमता असलेले प्लास्टिक त्यांच्या ताकदीमुळे काही धातूचे भाग बदलू शकतात. तथापि, ही 3D प्रिंटिंग प्रक्रिया अजूनही फारशी व्यापक नाही, परंतु नवीन साहित्य वापरून ती अवकाश संशोधनासाठी एक मौल्यवान संपत्ती बनू शकते.
लेसर पावडर बेड फ्यूजन (L-PBF) हे अंतराळ क्षेत्रात 3D प्रिंटिंगमध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरले जाणारे तंत्रज्ञान आहे.
अवकाशातील पदार्थांची क्षमता
एरोस्पेस उद्योग 3D प्रिंटिंगद्वारे नवीन साहित्यांचा शोध घेत आहे, बाजारपेठेत अडथळा आणू शकणारे नाविन्यपूर्ण पर्याय प्रस्तावित करत आहे. टायटॅनियम, अॅल्युमिनियम आणि निकेल-क्रोमियम मिश्र धातु नेहमीच मुख्य केंद्रस्थानी राहिले आहेत, परंतु लवकरच एक नवीन साहित्य लक्ष वेधून घेऊ शकते: चंद्र रेगोलिथ. चंद्र रेगोलिथ हा चंद्राला झाकणारा धुळीचा थर आहे आणि ESA ने ते 3D प्रिंटिंगसह एकत्रित करण्याचे फायदे दाखवून दिले आहेत. ESA चे वरिष्ठ उत्पादन अभियंता अॅडव्हेनिट मकाया, चंद्र रेगोलिथचे वर्णन कॉंक्रिटसारखेच करतात, जे प्रामुख्याने सिलिकॉन आणि लोह, मॅग्नेशियम, अॅल्युमिनियम आणि ऑक्सिजन सारख्या इतर रासायनिक घटकांपासून बनलेले असतात. ESA ने वास्तविक चंद्राच्या धुळीसारखे गुणधर्म असलेले सिम्युलेटेड चंद्र रेगोलिथ वापरून स्क्रू आणि गिअर्ससारखे छोटे कार्यात्मक भाग तयार करण्यासाठी लिथोझसोबत भागीदारी केली आहे.
चंद्र रेगोलिथच्या निर्मितीमध्ये गुंतलेल्या बहुतेक प्रक्रिया उष्णतेचा वापर करतात, ज्यामुळे ते SLS आणि पावडर बाँडिंग प्रिंटिंग सोल्यूशन्स सारख्या तंत्रज्ञानाशी सुसंगत बनते. ESA देखील D-शेप तंत्रज्ञानाचा वापर करत आहे ज्याचा उद्देश मॅग्नेशियम क्लोराइड मटेरियलमध्ये मिसळून आणि सिम्युलेटेड नमुन्यात आढळणाऱ्या मॅग्नेशियम ऑक्साईडसह एकत्रित करून घन भाग तयार करणे आहे. या चंद्र मटेरियलचा एक महत्त्वाचा फायदा म्हणजे त्याचे बारीक प्रिंट रिझोल्यूशन, ज्यामुळे ते सर्वोच्च अचूकतेसह भाग तयार करू शकते. भविष्यातील चंद्र तळांसाठी अनुप्रयोगांची श्रेणी आणि उत्पादन घटकांचा विस्तार करण्यासाठी हे वैशिष्ट्य प्राथमिक संपत्ती बनू शकते.
चंद्र रेगोलिथ सर्वत्र आहे
मंगळावर आढळणाऱ्या भूपृष्ठावरील पदार्थाचा संदर्भ देणारे मंगळाचे रेगोलिथ देखील आहे. सध्या, आंतरराष्ट्रीय अंतराळ संस्था या पदार्थाची पुनर्प्राप्ती करू शकत नाहीत, परंतु यामुळे शास्त्रज्ञांना काही अंतराळ प्रकल्पांमध्ये त्याच्या क्षमतेचा शोध घेण्यापासून रोखले गेले नाही. संशोधक या पदार्थाचे सिम्युलेटेड नमुने वापरत आहेत आणि ते टायटॅनियम मिश्रधातूसह एकत्रित करून साधने किंवा रॉकेट घटक तयार करत आहेत. सुरुवातीच्या निकालांवरून असे दिसून येते की ही सामग्री उच्च शक्ती प्रदान करेल आणि गंज आणि किरणोत्सर्गाच्या नुकसानापासून उपकरणांचे संरक्षण करेल. जरी या दोन्ही पदार्थांमध्ये समान गुणधर्म असले तरी, चंद्र रेगोलिथ अजूनही सर्वात चाचणी केलेली सामग्री आहे. आणखी एक फायदा म्हणजे पृथ्वीवरून कच्चा माल वाहून नेण्याची आवश्यकता न पडता या पदार्थांचे उत्पादन साइटवर करता येते. याव्यतिरिक्त, रेगोलिथ हा एक अक्षय पदार्थ स्रोत आहे, जो टंचाई टाळण्यास मदत करतो.
अवकाश उद्योगात ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचे उपयोग
एरोस्पेस उद्योगात 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचे अनुप्रयोग वापरल्या जाणाऱ्या विशिष्ट प्रक्रियेनुसार बदलू शकतात. उदाहरणार्थ, लेसर पावडर बेड फ्यूजन (L-PBF) चा वापर टूल सिस्टम किंवा स्पेस स्पेअर पार्ट्स सारख्या गुंतागुंतीच्या अल्पकालीन भागांच्या निर्मितीसाठी केला जाऊ शकतो. कॅलिफोर्निया-आधारित स्टार्टअप लाँचरने त्यांचे E-2 लिक्विड रॉकेट इंजिन वाढविण्यासाठी Velo3D च्या नीलम-धातू 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केला. उत्पादकाच्या प्रक्रियेचा वापर इंडक्शन टर्बाइन तयार करण्यासाठी करण्यात आला, जो LOX (लिक्विड ऑक्सिजन) ला ज्वलन कक्षात गती देण्यास आणि चालविण्यास महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतो. टर्बाइन आणि सेन्सर प्रत्येकी 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून प्रिंट केले गेले आणि नंतर एकत्र केले गेले. हा नाविन्यपूर्ण घटक रॉकेटला जास्त द्रव प्रवाह आणि जास्त थ्रस्ट प्रदान करतो, ज्यामुळे ते इंजिनचा एक आवश्यक भाग बनते.
E-2 लिक्विड रॉकेट इंजिनच्या निर्मितीमध्ये PBF तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यात Velo3D ने योगदान दिले.
अॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये लहान आणि मोठ्या संरचनांचे उत्पादन यासह व्यापक अनुप्रयोग आहेत. उदाहरणार्थ, रिलेटिव्हिटी स्पेसच्या स्टारगेट सोल्यूशनसारख्या 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर रॉकेट इंधन टाक्या आणि प्रोपेलर ब्लेडसारखे मोठे भाग तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. रिलेटिव्हिटी स्पेसने टेरान 1 च्या यशस्वी उत्पादनाद्वारे हे सिद्ध केले आहे, जे जवळजवळ पूर्णपणे 3D-प्रिंटेड रॉकेट आहे, ज्यामध्ये अनेक मीटर लांबीची इंधन टाकी समाविष्ट आहे. 23 मार्च 2023 रोजी त्याचे पहिले प्रक्षेपण, अॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेची कार्यक्षमता आणि विश्वासार्हता दर्शविते.
एक्सट्रूजन-आधारित 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानामुळे PEEK सारख्या उच्च-कार्यक्षमतेच्या साहित्याचा वापर करून भागांचे उत्पादन करणे देखील शक्य होते. या थर्मोप्लास्टिकपासून बनवलेल्या घटकांची आधीच अंतराळात चाचणी घेण्यात आली आहे आणि UAE चंद्र मोहिमेचा भाग म्हणून रशीद रोव्हरवर ठेवण्यात आले होते. या चाचणीचा उद्देश अत्यंत चंद्राच्या परिस्थितीला PEEK च्या प्रतिकाराचे मूल्यांकन करणे होता. यशस्वी झाल्यास, धातूचे भाग तुटतात किंवा साहित्य दुर्मिळ असते अशा परिस्थितीत PEEK धातूचे भाग बदलू शकेल. याव्यतिरिक्त, PEEK चे हलके गुणधर्म अंतराळ संशोधनात मौल्यवान असू शकतात.
अवकाश उद्योगासाठी विविध भाग तयार करण्यासाठी 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केला जाऊ शकतो.
अवकाश उद्योगात ३डी प्रिंटिंगचे फायदे
पारंपारिक बांधकाम तंत्रांच्या तुलनेत पार्ट्सचे सुधारित अंतिम स्वरूप एरोस्पेस उद्योगात समाविष्ट आहे. ऑस्ट्रियन 3D प्रिंटर उत्पादक लिथोझचे सीईओ जोहान्स होमाने सांगितले की "हे तंत्रज्ञान पार्ट्स हलके करते." डिझाइन स्वातंत्र्यामुळे, 3D प्रिंटेड उत्पादने अधिक कार्यक्षम असतात आणि त्यांना कमी संसाधनांची आवश्यकता असते. याचा पार्ट्स उत्पादनाच्या पर्यावरणीय परिणामावर सकारात्मक परिणाम होतो. रिलेटिव्हिटी स्पेसने हे दाखवून दिले आहे की अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमुळे अंतराळयान तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या घटकांची संख्या लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकते. टेरान 1 रॉकेटसाठी, 100 भाग वाचले. याव्यतिरिक्त, या तंत्रज्ञानाचे उत्पादन गतीमध्ये लक्षणीय फायदे आहेत, रॉकेट 60 दिवसांपेक्षा कमी वेळात पूर्ण होते. याउलट, पारंपारिक पद्धती वापरून रॉकेट तयार करण्यास अनेक वर्षे लागू शकतात.
संसाधन व्यवस्थापनाबाबत, 3D प्रिंटिंगमुळे साहित्याची बचत होऊ शकते आणि काही प्रकरणांमध्ये, कचरा पुनर्वापर देखील शक्य होतो. शेवटी, रॉकेटचे टेक-ऑफ वजन कमी करण्यासाठी अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग एक मौल्यवान संपत्ती बनू शकते. रेगोलिथसारख्या स्थानिक साहित्याचा जास्तीत जास्त वापर करणे आणि अंतराळयानातील साहित्याची वाहतूक कमीत कमी करणे हे ध्येय आहे. यामुळे फक्त 3D प्रिंटर वाहून नेणे शक्य होते, जे प्रवासानंतर साइटवर सर्वकाही तयार करू शकते.
मेड इन स्पेसने त्यांचा एक ३डी प्रिंटर आधीच चाचणीसाठी अवकाशात पाठवला आहे.
अवकाशात ३डी प्रिंटिंगच्या मर्यादा
जरी 3D प्रिंटिंगचे अनेक फायदे असले तरी, तंत्रज्ञान अजूनही तुलनेने नवीन आहे आणि त्याला मर्यादा आहेत. अॅडवेनित मकाया म्हणाले, "एरोस्पेस उद्योगात अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमधील मुख्य समस्यांपैकी एक म्हणजे प्रक्रिया नियंत्रण आणि प्रमाणीकरण." उत्पादक प्रयोगशाळेत प्रवेश करू शकतात आणि प्रमाणीकरणापूर्वी प्रत्येक भागाची ताकद, विश्वासार्हता आणि सूक्ष्म संरचना तपासू शकतात, ही प्रक्रिया नॉन-डिस्ट्रक्टिव्ह टेस्टिंग (NDT) म्हणून ओळखली जाते. तथापि, हे वेळखाऊ आणि महाग दोन्ही असू शकते, म्हणून अंतिम ध्येय म्हणजे या चाचण्यांची आवश्यकता कमी करणे. नासाने अलीकडेच या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी एक केंद्र स्थापन केले आहे, जे अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगद्वारे उत्पादित धातू घटकांच्या जलद प्रमाणीकरणावर लक्ष केंद्रित करते. उत्पादनांचे संगणक मॉडेल सुधारण्यासाठी डिजिटल ट्विन्स वापरण्याचे केंद्राचे उद्दिष्ट आहे, जे अभियंत्यांना भागांचे कार्यप्रदर्शन आणि मर्यादा चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करेल, ज्यामध्ये फ्रॅक्चर होण्यापूर्वी ते किती दबाव सहन करू शकतात हे समाविष्ट आहे. असे करून, केंद्राला आशा आहे की एरोस्पेस उद्योगात 3D प्रिंटिंगच्या वापराला प्रोत्साहन मिळेल, ज्यामुळे ते पारंपारिक उत्पादन तंत्रांशी स्पर्धा करण्यात अधिक प्रभावी होईल.
या घटकांची व्यापक विश्वासार्हता आणि ताकद चाचणी घेण्यात आली आहे.
दुसरीकडे, जर उत्पादन जागेत केले जात असेल तर पडताळणी प्रक्रिया वेगळी असते. ESA चे अॅडव्हेनिट मकाया स्पष्ट करतात, "छापादरम्यान भागांचे विश्लेषण करण्याचा एक तंत्र आहे." ही पद्धत कोणती मुद्रित उत्पादने योग्य आहेत आणि कोणती नाहीत हे निर्धारित करण्यास मदत करते. याव्यतिरिक्त, जागेसाठी असलेल्या 3D प्रिंटरसाठी एक स्वयं-सुधारणा प्रणाली आहे आणि धातूच्या मशीनवर त्याची चाचणी केली जात आहे. ही प्रणाली उत्पादन प्रक्रियेतील संभाव्य त्रुटी ओळखू शकते आणि भागातील कोणत्याही दोष दूर करण्यासाठी त्याचे पॅरामीटर्स स्वयंचलितपणे सुधारित करू शकते. या दोन्ही प्रणालींमुळे जागेत मुद्रित उत्पादनांची विश्वासार्हता सुधारण्याची अपेक्षा आहे.
3D प्रिंटिंग सोल्यूशन्सची पडताळणी करण्यासाठी, NASA आणि ESA ने मानके स्थापित केली आहेत. या मानकांमध्ये भागांची विश्वासार्हता निश्चित करण्यासाठी चाचण्यांची मालिका समाविष्ट आहे. ते पावडर बेड फ्यूजन तंत्रज्ञानाचा विचार करतात आणि इतर प्रक्रियांसाठी ते अद्यतनित करत आहेत. तथापि, आर्केमा, BASF, Dupont आणि Sabic सारखे मटेरियल उद्योगातील अनेक प्रमुख खेळाडू देखील ही ट्रेसेबिलिटी प्रदान करतात.
अंतराळात राहता?
३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे, पृथ्वीवर घरे बांधण्यासाठी या तंत्रज्ञानाचा वापर करणारे अनेक यशस्वी प्रकल्प आपण पाहिले आहेत. यामुळे आपल्याला प्रश्न पडतो की ही प्रक्रिया जवळच्या किंवा दूरच्या भविष्यात अवकाशात राहण्यायोग्य संरचना बांधण्यासाठी वापरली जाऊ शकते का. सध्या अवकाशात राहणे अवास्तव असले तरी, घरे बांधणे, विशेषतः चंद्रावर, अंतराळ मोहिमा राबवण्यासाठी अंतराळवीरांसाठी फायदेशीर ठरू शकते. युरोपियन स्पेस एजन्सी (ESA) चे ध्येय चंद्रावर घुमट बांधणे आहे, ज्याचा वापर अंतराळवीरांना किरणोत्सर्गापासून वाचवण्यासाठी भिंती किंवा विटा बांधण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ESA मधील अॅडवेनिट मकाया यांच्या मते, चंद्र रेगोलिथ सुमारे ६०% धातू आणि ४०% ऑक्सिजनने बनलेला असतो आणि अंतराळवीरांच्या जगण्यासाठी एक आवश्यक सामग्री आहे कारण या सामग्रीतून काढल्यास ते ऑक्सिजनचा अंतहीन स्रोत प्रदान करू शकते.
चंद्राच्या पृष्ठभागावर संरचना बांधण्यासाठी 3D प्रिंटिंग सिस्टम विकसित करण्यासाठी NASA ने ICON ला $57.2 दशलक्ष अनुदान दिले आहे आणि मार्स ड्यून अल्फा अधिवास तयार करण्यासाठी कंपनीसोबत सहकार्य करत आहे. लाल ग्रहावरील परिस्थितीचे अनुकरण करून, स्वयंसेवकांना एका वर्षासाठी अधिवासात राहून मंगळावरील राहणीमानाची चाचणी घेणे हे उद्दिष्ट आहे. हे प्रयत्न चंद्र आणि मंगळावर थेट 3D प्रिंटेड संरचना बांधण्याच्या दिशेने महत्त्वपूर्ण पावले दर्शवितात, ज्यामुळे मानवी अवकाश वसाहतीकरणाचा मार्ग मोकळा होऊ शकतो.
दूरच्या भविष्यात, ही घरे अंतराळात जीवसृष्टी टिकवून ठेवू शकतील.
पोस्ट वेळ: जून-१४-२०२३
