20 व्या शतकापासून, मानवजातीला अंतराळ शोधण्यात आणि पृथ्वीच्या पलीकडे काय आहे हे समजून घेण्यात आकर्षण आहे.NASA आणि ESA सारख्या प्रमुख संस्था अवकाश संशोधनात आघाडीवर आहेत आणि या विजयातील आणखी एक महत्त्वाचा खेळाडू म्हणजे 3D प्रिंटिंग.कमी खर्चात जटिल भागांची झपाट्याने निर्मिती करण्याच्या क्षमतेसह, हे डिझाइन तंत्रज्ञान कंपन्यांमध्ये अधिक लोकप्रिय होत आहे.हे उपग्रह, स्पेससूट आणि रॉकेट घटकांसारख्या अनेक अनुप्रयोगांची निर्मिती शक्य करते.किंबहुना, स्मार्टटेकच्या मते, 2026 पर्यंत खाजगी अवकाश उद्योग अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगचे बाजार मूल्य €2.1 बिलियनपर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे. यामुळे प्रश्न निर्माण होतो: 3D प्रिंटिंग मानवांना अंतराळात उत्कृष्ट कामगिरी करण्यास कशी मदत करू शकते?
सुरुवातीला, 3D प्रिंटिंगचा वापर प्रामुख्याने वैद्यकीय, ऑटोमोटिव्ह आणि एरोस्पेस उद्योगांमध्ये जलद प्रोटोटाइपिंगसाठी केला जात असे.तथापि, तंत्रज्ञान अधिक व्यापक बनले आहे, ते अंतिम-उद्देश घटकांसाठी वाढत्या प्रमाणात वापरले जात आहे.मेटल अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग टेक्नॉलॉजी, विशेषत: एल-पीबीएफ, ने अत्यंत स्पेस परिस्थितीसाठी योग्य वैशिष्ट्ये आणि टिकाऊपणासह विविध प्रकारच्या धातूंच्या उत्पादनास परवानगी दिली आहे.इतर 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान, जसे की DED, बाइंडर जेटिंग आणि एक्स्ट्रुजन 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 तंत्रज्ञान वापरतात.
रिलेटिव्हिटी स्पेस एरोस्पेस उद्योगासाठी 3D प्रिंटर विकसित करत आहे
एरोस्पेसमध्ये 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान
आता आम्ही त्यांची ओळख करून दिली आहे, चला एरोस्पेस उद्योगात वापरल्या जाणार्‍या विविध 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानावर बारकाईने नजर टाकूया.प्रथम, हे लक्षात घेतले पाहिजे की मेटल अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग, विशेषत: एल-पीबीएफ, या क्षेत्रात सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.या प्रक्रियेमध्ये लेसर ऊर्जा वापरून मेटल पावडरचा थर थराने फ्यूज केला जातो.हे विशेषतः लहान, जटिल, अचूक आणि सानुकूलित भागांच्या उत्पादनासाठी योग्य आहे.एरोस्पेस उत्पादकांना देखील DED चा फायदा होऊ शकतो, ज्यामध्ये मेटल वायर किंवा पावडर जमा करणे समाविष्ट आहे आणि मुख्यतः दुरुस्ती, कोटिंग किंवा सानुकूलित धातू किंवा सिरॅमिक भाग तयार करण्यासाठी वापरले जाते.
याउलट, बाइंडर जेटिंग, जरी उत्पादन गती आणि कमी किमतीच्या दृष्टीने फायदेशीर असले तरी, उच्च-कार्यक्षमता यांत्रिक भागांच्या निर्मितीसाठी योग्य नाही कारण त्यास प्रक्रियेनंतरच्या मजबुतीकरण चरणांची आवश्यकता असते ज्यामुळे अंतिम उत्पादनाचा उत्पादन वेळ वाढतो.अंतराळ वातावरणात एक्सट्रूजन तंत्रज्ञान देखील प्रभावी आहे.हे लक्षात घेतले पाहिजे की सर्व पॉलिमर अंतराळात वापरण्यासाठी योग्य नाहीत, परंतु PEEK सारखे उच्च-कार्यक्षम प्लास्टिक त्यांच्या ताकदीमुळे काही धातूचे भाग बदलू शकतात.तथापि, ही 3D मुद्रण प्रक्रिया अद्याप फारशी व्यापक नाही, परंतु नवीन सामग्री वापरून ती अवकाश संशोधनासाठी एक मौल्यवान मालमत्ता बनू शकते.
लेझर पावडर बेड फ्यूजन (L-PBF) हे एरोस्पेससाठी 3D प्रिंटिंगमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे तंत्रज्ञान आहे.
स्पेस मटेरियलची क्षमता
एरोस्पेस इंडस्ट्री 3D प्रिंटिंगद्वारे नवीन सामग्री शोधत आहे, नवीन पर्याय प्रस्तावित करत आहे जे बाजारपेठेत व्यत्यय आणू शकतात.टायटॅनियम, अॅल्युमिनियम आणि निकेल-क्रोमियम मिश्रधातू यासारख्या धातूंवर नेहमीच मुख्य लक्ष केंद्रित केले जात असताना, एक नवीन सामग्री लवकरच स्पॉटलाइट चोरू शकते: चंद्र रेगोलिथ.चंद्र रेगोलिथ हा चंद्राला झाकणारा धुळीचा थर आहे आणि ESA ने 3D प्रिंटिंगसह त्याचे संयोजन करण्याचे फायदे दाखवून दिले आहेत.ESA चे वरिष्ठ मॅन्युफॅक्चरिंग अभियंता Advenit Makaya यांनी चंद्र रेगोलिथचे वर्णन कॉंक्रिटसारखेच केले आहे, जे प्रामुख्याने सिलिकॉन आणि लोह, मॅग्नेशियम, अॅल्युमिनियम आणि ऑक्सिजन सारख्या इतर रासायनिक घटकांनी बनलेले आहे.वास्तविक चंद्राच्या धूळ सारख्या गुणधर्मांसह सिम्युलेटेड चंद्र रेगोलिथ वापरून स्क्रू आणि गीअर्स सारखे छोटे कार्यात्मक भाग तयार करण्यासाठी ESA ने Lithoz सोबत भागीदारी केली आहे.
चंद्र रेगोलिथच्या निर्मितीमध्ये गुंतलेल्या बहुतेक प्रक्रिया उष्णता वापरतात, ज्यामुळे ते SLS आणि पावडर बाँडिंग प्रिंटिंग सोल्यूशन्स सारख्या तंत्रज्ञानाशी सुसंगत होते.सामग्रीमध्ये मॅग्नेशियम क्लोराईड मिसळून आणि सिम्युलेटेड नमुन्यात सापडलेल्या मॅग्नेशियम ऑक्साईडसह त्याचे मिश्रण करून घन भाग तयार करण्याच्या उद्देशाने ESA D-Shape तंत्रज्ञान देखील वापरत आहे.या चंद्र सामग्रीचा एक महत्त्वपूर्ण फायदा म्हणजे त्याचे उत्कृष्ट प्रिंट रिझोल्यूशन, ते सर्वोच्च अचूकतेसह भाग तयार करण्यास सक्षम करते.हे वैशिष्ट्य भविष्यातील चंद्र तळांसाठी ऍप्लिकेशन्स आणि उत्पादन घटकांच्या श्रेणीचा विस्तार करण्यासाठी प्राथमिक मालमत्ता बनू शकते.
चंद्र रेगोलिथ सर्वत्र आहे
मंगळावर सापडलेल्या उपपृष्ठावरील सामग्रीचा संदर्भ देत मंगळाचे रेगोलिथ देखील आहे.सध्या, आंतरराष्ट्रीय अंतराळ संस्था ही सामग्री पुनर्प्राप्त करू शकत नाहीत, परंतु यामुळे शास्त्रज्ञांना काही एरोस्पेस प्रकल्पांमध्ये त्याच्या संभाव्यतेवर संशोधन करण्यापासून थांबवले नाही.संशोधक या सामग्रीचे सिम्युलेटेड नमुने वापरत आहेत आणि साधने किंवा रॉकेट घटक तयार करण्यासाठी ते टायटॅनियम मिश्र धातुसह एकत्र करत आहेत.प्रारंभिक परिणाम सूचित करतात की ही सामग्री उच्च शक्ती प्रदान करेल आणि उपकरणांना गंज आणि रेडिएशनच्या नुकसानापासून संरक्षण करेल.जरी या दोन सामग्रीमध्ये समान गुणधर्म आहेत, तरीही चंद्र रेगोलिथ ही सर्वात चाचणी केलेली सामग्री आहे.आणखी एक फायदा असा आहे की ही सामग्री पृथ्वीवरून कच्च्या मालाची वाहतूक न करता साइटवर तयार केली जाऊ शकते.याव्यतिरिक्त, रेगोलिथ हा एक अक्षय सामग्री स्त्रोत आहे, जो टंचाई टाळण्यासाठी मदत करतो.
एरोस्पेस उद्योगात 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा अनुप्रयोग
एरोस्पेस उद्योगातील 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर विशिष्ट प्रक्रियेवर अवलंबून बदलू शकतो.उदाहरणार्थ, लेसर पावडर बेड फ्यूजन (L-PBF) चा वापर टूल सिस्टीम किंवा स्पेस स्पेअर पार्ट्स सारखे गुंतागुंतीचे अल्प-मुदतीचे भाग तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.कॅलिफोर्निया-आधारित स्टार्टअप, लॉन्चरने त्याचे E-2 लिक्विड रॉकेट इंजिन वाढविण्यासाठी Velo3D चे नीलम-मेटल 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान वापरले.निर्मात्याच्या प्रक्रियेचा वापर इंडक्शन टर्बाइन तयार करण्यासाठी केला गेला, जो LOX (द्रव ऑक्सिजन) ला ज्वलन चेंबरमध्ये गतिमान करण्यात आणि चालविण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.टर्बाइन आणि सेन्सर प्रत्येक 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान वापरून मुद्रित केले गेले आणि नंतर एकत्र केले गेले.हा अभिनव घटक रॉकेटला अधिक द्रव प्रवाह आणि अधिक जोर प्रदान करतो, ज्यामुळे तो इंजिनचा एक आवश्यक भाग बनतो.
Velo3D ने E-2 लिक्विड रॉकेट इंजिनच्या निर्मितीमध्ये PBF तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यास हातभार लावला.
अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये लहान आणि मोठ्या संरचनांच्या उत्पादनासह व्यापक अनुप्रयोग आहेत.उदाहरणार्थ, रिलेटिव्हिटी स्पेसचे स्टारगेट सोल्यूशन सारख्या 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर रॉकेट इंधन टाक्या आणि प्रोपेलर ब्लेडसारखे मोठे भाग तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.रिलेटिव्हिटी स्पेसने टेरन 1 च्या यशस्वी उत्पादनाद्वारे हे सिद्ध केले आहे, जवळजवळ संपूर्णपणे 3D-मुद्रित रॉकेट, ज्यामध्ये अनेक मीटर-लांब इंधन टाकीचा समावेश आहे.23 मार्च 2023 रोजी त्याचे पहिले प्रक्षेपण, अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेची कार्यक्षमता आणि विश्वासार्हता प्रदर्शित करते.
एक्सट्रुजन-आधारित 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान PEEK सारखी उच्च-कार्यक्षमता सामग्री वापरून भागांचे उत्पादन करण्यास देखील अनुमती देते.या थर्मोप्लास्टिकपासून बनवलेल्या घटकांची अंतराळात चाचणी केली गेली आहे आणि यूएई चंद्र मोहिमेचा भाग म्हणून रशीद रोव्हरवर ठेवण्यात आले आहे.या चाचणीचा उद्देश पीईकेच्या अत्यंत चंद्राच्या परिस्थितींवरील प्रतिकाराचे मूल्यांकन करणे हा होता.यशस्वी झाल्यास, धातूचे भाग तुटलेल्या किंवा सामग्रीची कमतरता असलेल्या परिस्थितीत PEEK धातूचे भाग बदलू शकते.याव्यतिरिक्त, PEEK चे हलके गुणधर्म अवकाश संशोधनात मोलाचे असू शकतात.
3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर एरोस्पेस उद्योगासाठी विविध भाग तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
एरोस्पेस उद्योगात 3D प्रिंटिंगचे फायदे
एरोस्पेस उद्योगातील 3D प्रिंटिंगच्या फायद्यांमध्ये पारंपारिक बांधकाम तंत्रांच्या तुलनेत भागांचे अंतिम स्वरूप सुधारले आहे.ऑस्ट्रियन 3D प्रिंटर निर्माता लिथोझचे सीईओ जोहान्स होमा यांनी सांगितले की "हे तंत्रज्ञान भाग हलके बनवते."डिझाइन स्वातंत्र्यामुळे, 3D मुद्रित उत्पादने अधिक कार्यक्षम आहेत आणि कमी संसाधनांची आवश्यकता आहे.अंश उत्पादनाच्या पर्यावरणीय प्रभावावर याचा सकारात्मक परिणाम होतो.रिलेटिव्हिटी स्पेसने हे दाखवून दिले आहे की अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमुळे स्पेसक्राफ्ट तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या घटकांची संख्या लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकते.टेरान 1 रॉकेटसाठी, 100 भाग जतन केले गेले.याव्यतिरिक्त, या तंत्रज्ञानाचे उत्पादन गतीमध्ये लक्षणीय फायदे आहेत, रॉकेट 60 दिवसांपेक्षा कमी दिवसात पूर्ण होते.याउलट, पारंपारिक पद्धती वापरून रॉकेट तयार करण्यासाठी अनेक वर्षे लागू शकतात.
संसाधन व्यवस्थापनाबाबत, 3D प्रिंटिंग सामग्रीची बचत करू शकते आणि काही प्रकरणांमध्ये, कचरा पुनर्वापरास देखील परवानगी देते.शेवटी, रॉकेटचे टेक-ऑफ वजन कमी करण्यासाठी अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग एक मौल्यवान मालमत्ता बनू शकते.रेगोलिथ सारख्या स्थानिक सामग्रीचा जास्तीत जास्त वापर करणे आणि अंतराळ यानामधील सामग्रीची वाहतूक कमी करणे हे उद्दिष्ट आहे.हे केवळ 3D प्रिंटर घेऊन जाणे शक्य करते, जे ट्रिप नंतर साइटवर सर्वकाही तयार करू शकते.
मेड इन स्पेसने त्यांच्या 3D प्रिंटरपैकी एक आधीच चाचणीसाठी अवकाशात पाठवले आहे.
अंतराळात 3D प्रिंटिंगची मर्यादा
जरी 3D प्रिंटिंगचे बरेच फायदे आहेत, तरीही तंत्रज्ञान तुलनेने नवीन आहे आणि त्याला मर्यादा आहेत.अॅडवेनिट मकाया म्हणाले, "एरोस्पेस उद्योगातील अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमधील मुख्य समस्या 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 वेळ घेणारे आणि महाग दोन्ही असू शकते, त्यामुळे या चाचण्यांची गरज कमी करणे हे अंतिम ध्येय आहे.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी NASA ने अलीकडेच एक केंद्र स्थापन केले आहे, ज्यामध्ये ऍडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगद्वारे उत्पादित धातूच्या घटकांच्या जलद प्रमाणीकरणावर लक्ष केंद्रित केले आहे.उत्पादनांचे संगणक मॉडेल सुधारण्यासाठी डिजिटल जुळे वापरण्याचे केंद्राचे उद्दिष्ट आहे, जे अभियंत्यांना फ्रॅक्चर होण्यापूर्वी किती दबाव सहन करू शकतात यासह भागांची कार्यक्षमता आणि मर्यादा अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करेल.असे केल्याने, केंद्राला आशा आहे की एरोस्पेस उद्योगात 3D प्रिंटिंगच्या वापरास प्रोत्साहन देण्यात मदत होईल, ज्यामुळे ते पारंपारिक उत्पादन तंत्रांशी स्पर्धा करण्यात अधिक प्रभावी होईल.
या घटकांची सर्वसमावेशक विश्वसनीयता आणि सामर्थ्य चाचणी झाली आहे.
दुसरीकडे, मॅन्युफॅक्चरिंग जागेत होत असल्यास पडताळणी प्रक्रिया वेगळी असते.ESA चे Advenit Makaya स्पष्ट करतात, "एक तंत्र आहे ज्यामध्ये छपाई दरम्यान भागांचे विश्लेषण करणे समाविष्ट आहे."ही पद्धत कोणती मुद्रित उत्पादने योग्य आहेत आणि कोणती नाहीत हे निर्धारित करण्यात मदत करते.याव्यतिरिक्त, जागेसाठी 3D प्रिंटरसाठी स्वयं-सुधारणा प्रणाली आहे आणि मेटल मशीनवर चाचणी केली जात आहे.ही प्रणाली मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेतील संभाव्य त्रुटी ओळखू शकते आणि भागामध्ये कोणतेही दोष सुधारण्यासाठी आपोआप त्याचे पॅरामीटर्स सुधारू शकते.या दोन प्रणालींमुळे अंतराळातील मुद्रित उत्पादनांची विश्वासार्हता सुधारणे अपेक्षित आहे.
3D प्रिंटिंग सोल्यूशन्स प्रमाणित 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, अर्केमा, बीएएसएफ, ड्युपॉन्ट आणि सॅबिक सारख्या सामग्री उद्योगातील अनेक प्रमुख खेळाडू देखील ही शोधक्षमता प्रदान करतात.
अंतराळात राहतात?
3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे, आम्ही पृथ्वीवर अनेक यशस्वी प्रकल्प पाहिले आहेत जे घरे बांधण्यासाठी या तंत्रज्ञानाचा वापर करतात.यामुळे आम्हाला आश्चर्य वाटते की ही प्रक्रिया नजीकच्या किंवा दूरच्या भविष्यात अंतराळात राहण्यायोग्य संरचना तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.अंतराळात राहणे सध्या अवास्तव असले तरी, विशेषत: चंद्रावर घरे बांधणे, अंतराळ मोहिमा राबवण्यासाठी अंतराळवीरांसाठी फायदेशीर ठरू शकते.युरोपियन स्पेस एजन्सी (ESA) चे ध्येय चंद्रावर चंद्र रेगोलिथ वापरून घुमट बांधणे आहे, ज्याचा वापर अंतराळवीरांना किरणोत्सर्गापासून संरक्षण करण्यासाठी भिंती किंवा विटा बांधण्यासाठी केला जाऊ शकतो.ESA मधील Advenit Makaya च्या मते, चंद्राचा रेगोलिथ सुमारे 60% धातू आणि 40% ऑक्सिजनचा बनलेला आहे आणि अंतराळवीरांच्या जगण्यासाठी एक आवश्यक सामग्री आहे कारण या सामग्रीमधून काढल्यास ते ऑक्सिजनचा अंतहीन स्रोत प्रदान करू शकते.
NASA ने ICON ला चंद्राच्या पृष्ठभागावर संरचना बांधण्यासाठी 3D प्रिंटिंग प्रणाली विकसित करण्यासाठी $57.2 दशलक्ष अनुदान दिले आहे आणि मार्स ड्यून अल्फा निवासस्थान तयार करण्यासाठी कंपनीशी सहकार्य देखील करत आहे.लाल ग्रहावरील परिस्थितीचे अनुकरण करून स्वयंसेवक एक वर्ष निवासस्थानी राहून मंगळावरील राहणीमानाची चाचणी घेणे हे ध्येय आहे.हे प्रयत्न चंद्र आणि मंगळावर थेट 3D मुद्रित संरचना तयार करण्याच्या दिशेने महत्त्वपूर्ण पावले दर्शवतात, ज्यामुळे शेवटी मानवी अवकाश वसाहतीचा मार्ग मोकळा होऊ शकतो.
दूरच्या भविष्यात, ही घरे अंतराळात जीवन जगू शकतील.
पोस्ट वेळ: जून-14-2023