3D-Printed Rockets na Nakatakdang Sumabog

Kung matagumpay ang paglulunsad ng Terran1 ngayong tag-init mula sa Cape Canaveral, Relativasyong Puwang ay ang unang kumpanya sa pagmamanupaktura ng aerospace na magpadala ng isang ganap na 3D-print na rocket sa kalawakan. Di nagtagal, tumawag ang isang California start-up Tagapaglunsad ipapakalat ang Orbiter satellite platform nito na pinapagana ng mga 3D-printed na rocket engine pagkatapos makakuha ng tulong sa espasyo mula sa isang SpaceX.

Mahirap na labis na tantiyahin ang epekto ng 3D printing – tinatawag ding additive manufacturing – sa industriya ng espasyo. Walang ibang teknolohiya ang nagbigay-daan sa napakaraming kumpanya na makapasok sa industriyang ito at makapaghatid ng mga sasakyan, makina, at rocket sa napakaikling panahon sa mababang halaga. At ngayon, ang bilang ng mga start-up na tagagawa ng rocket ay nakahanda na sa pag-boom dahil mas maraming available na komersyal na 3D printer ang nagpapatunay sa gawain ng paggawa ng mga bahagi na karapat-dapat sa espasyo.

Halimbawa, ang kumpanya ng aerospace na nakabase sa UK Orbex umaasa na ang mga 3D-printed na rocket nito, na ginawa gamit ang pinakabagong metal 3D printer mula sa German manufacturer na EOS, ay lalabas mula sa Scotland sa pagtatapos ng taon. At sa US, ang batang rocket engine maker Ursa Major ay kumukuha na ngayon ng mga order para sa bago nitong Arroway propulsion engine na idinisenyo upang palitan ang hindi na available na Russian-made propulsion sources. Ito rin ay 3D na naka-print gamit ang mga available na metal na 3D printer.

"Sa palagay ko ay hindi iiral ang aming kumpanya nang walang 3D printing," sabi ni Jake Bowles, direktor ng advanced na pagmamanupaktura at materyales sa Ursa Major, na gumugol ng limang taon sa SpaceX. "Ang aming ebolusyon ay mahigpit na nakatali sa pagkakaroon at sa kapanahunan ng 3D printing."

Itinakda ni Ursa Major na dalhin ang isang makina sa merkado sa mas mabilis na bilis kaysa sa ginawa noon, sa mga buwan at hindi taon, na posible lamang sa pamamagitan ng prototyping at pagmamanupaktura gamit ang mga 3D printer, sabi ni Bowles.

Habang ang Relativity Space at iba pa ay nakabuo ng proprietary 3D printing technology para sa kanilang mga rocket, sinabi ni Bowles na ang paggamit ng mga bagong komersyal na 3D printer ay nagbigay-daan sa Ursa Major na panatilihing kontrolado ang mga gastos at mabilis na umulit sa mga disenyo, nang hindi kinakailangang dumaan sa maagang pag-unlad ng teknolohiya na kinakailangan sa mga homegrown na 3D printer. .

"Patuloy na sinusuri ng aming koponan ang mga bagong kumpanya ng 3D printer na lumalabas na may mga inobasyon dahil maraming kumpetisyon para sa bahagi ng merkado ng paglulunsad ng aerospace at espasyo," sabi ni Bowles. Ang laki ng global aerospace 3D printing market ay hinuhulaan na aabot sa $9.27 bilyon sa 2030, ayon sa Strategic Market Research.

Ang mga kumpanya ay nakikipagkarera upang mag-alok ng pinakamakapangyarihan, pinaka-flexible, at pinakamurang mga opsyon sa mga kumpanya, gaya ng AmazonAMZN
, na naghahangad na maglagay ng mga satellite sa orbit upang maghatid ng pandaigdigang broadband, kumuha ng mataas na resolution na mga larawan ng aktibidad sa mundo, at kahit na magtatag ng mga pribadong space station na hotel para sa mga napakayaman.

Ang 3D Printing ay Nagpapalakas sa Karera sa Komersyalisasyon ng Space

Sa pamamagitan ng additive manufacturing technology na pinuputol ang mga gastos sa paglulunsad ng hanggang 95% kumpara sa NASA space shuttle program, ang pinto ay bukas para sa higit pang mga serbisyo mula sa orbit na nagmamaneho ng mahigpit na kompetisyon sa mga gumagawa ng rocket. Ang slogan ng kumpanya ng Launcher ay parang isang Walmart ad: "Saanman sa espasyo sa pinakamababang halaga."

Ang pag-chipping ng milyun-milyon sa gastos ng pag-deploy ng mga satellite kamakailan ay nakakuha ng pagpopondo ng Launcher mula sa US Space Force para higit pang bumuo ng E-2 3D-printed, high-performance na liquid rocket engine para sa launcher ng Launcher Light na sasakyan, na nakatakdang lumipad sa 2024. US Space Force ay nagsabi: "Ang E-2 liquid rocket engine ng launcher ay may potensyal na makabuluhang bawasan ang presyo para makapaghatid ng maliliit na satellite sa orbit sa mga dedikadong maliliit na sasakyan sa paglulunsad, na isang pangunahing kakayahan at priyoridad para sa Space Force."

Upang mabawasan ang mga gastos at mapabilis ang produksyon, gumagamit din ang Launcher ng mga 3D printer mula sa EOS pati na rin ang Velo3D na nakabase sa California.

"Ang mga bahagi ng turbopump ng rocket engine ay karaniwang nangangailangan ng casting, forging, at welding," sabi ni Max Haot, founder at CEO ng Launcher. "Ang tool na kinakailangan para sa mga prosesong ito ay nagpapataas sa gastos ng pag-unlad at binabawasan ang flexibility sa pagitan ng mga pag-ulit ng disenyo. Ang kakayahang i-print nang 3D ang aming turbopump, kabilang ang mga umiikot na Inconel shrouded impeller, salamat sa zero-degree na teknolohiya ng Velo3D, ay ginagawang posible ngayon sa mas mababang halaga at pinataas na pagbabago sa pamamagitan ng pag-ulit sa pagitan ng bawat prototype."

Sa tradisyunal na mga pamamaraan ng pagmamanupaktura para sa aerospace, karaniwan nang makarinig ng siyam hanggang 12 buwang mga lead time at malalaking gastos sa tooling para magtayo at magsubok, tulad ng isang pump-fed oxygen-rich staged combustion engine, sabi ni Eduardo Rondon, isang senior propulsion analyst sa Ursa Major, isa pang beterano ng SpaceX. "Ang additive manufacturing ay nagbibigay-daan sa amin na maglagay ng bagong disenyo sa test stand, magpasya na gumawa ng pagbabago, magtrabaho sa isang kahaliling arkitektura, i-print ito, at makuha ito sa stand sa loob ng ilang linggo."

Ang Orbex 3D ay nagpi-print ng mga rocket nito sa parehong uri ng printer gaya ng Launcher, ang AMCM M4K-4 metal printing platform mula sa EOS, na lumabas noong 2021. Gumamit din ang kumpanya ng mga metal na 3D printer mula sa kumpanyang German na SLM Solutions.

3D Printing Hindi lang para sa mga Start-Up

Ang 3D printing ay may mahabang kasaysayan sa kalawakan mula nang ilabas ng SpaceX ang kanyang 3D-print na SuperDraco rocket engine noong 2013.

Aerospace higanteng Aerojet RocketdyneSi AJRD
muling idinisenyo ang pamilya ng Bantam rocket engine nito noong 2017 na lubos na sinasamantala ang mga additive na kakayahan sa pagmamanupaktura na nagpapababa sa kabuuang disenyo at oras ng pagmamanupaktura mula sa higit sa isang taon hanggang sa ilang buwan habang binabawasan ang gastos ng humigit-kumulang 65% kumpara sa mga nakasanayang pamamaraan ng pagmamanupaktura.

"Ang mga makinang ito, na karaniwang binubuo ng higit sa 100 mga bahagi, ay binuo mula lamang sa tatlong additive-manufactured major components: ang injector assembly, ang combustion chamber, at isang monolithic throat at nozzle section," sabi ng kumpanya.

Ang Rocket Lab, isa pang pioneer sa komersyal na paglulunsad ng satellite, ay unang naglunsad ng magaan na 3D-printed na rocket engine nito, ang Rutherford, noong 2017. Ang combustion chamber, injector, pump, at pangunahing propellant valve nito ay 3D-printed at nakapagpapatakbo na ng 27 paglulunsad, kabilang ang isa ngayong linggo.

Sa Martes, Rocket Lab's Pinalakas ng makina ng Rutherford ang Electron rocket ng kumpanya mula sa New Zealand na may payload ng NASA na patungo sa buwan.

Sa kabila ng katotohanan na sinubukan, napatunayan, at isinama ng NASA at mga batikang beterano sa paglulunsad ang mga additive na pagmamanupaktura sa kanilang mga programa sa loob ng maraming taon, ang teknolohiyang pangkomersyal na 3D printing at advanced na mga materyales ng metal alloy ay mabilis na nag-mature na maaaring makuha ng mga kumpanya tulad ng Launcher, Ursa Major, at Orbex. mula sa prototype upang ilunsad sa mas kaunting oras para sa mas kaunting pera.

"Nagsimula kami sa unang araw ng pagdidisenyo sa paligid ng 3D printing, at sinasamantala ang mga kakayahan na inaalok nito," sabi ni Bowels. “Nagbigay-daan ito sa amin na bumuo ng panloob na kaalaman kung paano i-optimize ang mga disenyo para sa 3D printing, na maaari naming ilapat sa mga bagong makina na kailangan naming i-develop at ibenta upang matugunan ang pangangailangan sa merkado. At sa pamamagitan ng pag-alam kung paano gawin iyon, mas mabilis tayong makakarating sa merkado.”