XX. mendeaz geroztik, gizateria liluratuta egon da espazioa esploratzeaz eta Lurraren atzean dagoena ulertzeaz. NASA eta ESA bezalako erakunde handiak espazioaren esplorazioaren abangoardian egon dira, eta konkista honetan beste jokalari garrantzitsu bat 3D inprimaketa da. Pieza konplexuak kostu txikian azkar ekoizteko gaitasunarekin, diseinu-teknologia hau gero eta ezagunagoa da enpresetan. Aplikazio asko sortzea posible egiten du, hala nola sateliteak, espazio-jantziak eta suzirien osagaiak. Izan ere, SmarTech-en arabera, espazio-industria pribatuaren gehigarrizko fabrikazioaren merkatu-balioa 2.100 milioi eurora iristea espero da 2026rako. Horrek galdera hau sortzen du: nola lagun diezaieke 3D inprimaketak gizakiei espazioan bikain aritzen?
Hasieran, 3D inprimaketa batez ere prototipo azkarrak egiteko erabiltzen zen medikuntzan, automobilgintzan eta aeroespazialean. Hala ere, teknologia gero eta gehiago hedatu den heinean, gero eta gehiago erabiltzen ari da azken helburuko osagaietarako. Metalezko gehigarrien fabrikazio teknologiak, bereziki L-PBF-k, espazio-baldintza muturrekoetarako egokiak diren ezaugarriak eta iraunkortasuna dituzten hainbat metal ekoiztea ahalbidetu du. Beste 3D inprimaketa teknologia batzuk ere, hala nola DED, aglutinatzaile-zorrotada eta estrusio-prozesua, aeroespazialeko osagaien fabrikazioan erabiltzen dira. Azken urteotan, negozio-eredu berriak sortu dira, Made in Space eta Relativity Space bezalako enpresek 3D inprimaketa teknologia erabiltzen baitute aeroespazialeko osagaiak diseinatzeko.
Relativity Space-k 3D inprimagailua garatzen ari da aeroespazio industriarako
3D inprimaketa teknologia aeroespazialean
Orain aurkeztu ditugunez, azter ditzagun gertuagotik aeroespazial industrian erabiltzen diren 3D inprimaketa teknologiak. Lehenik eta behin, kontuan izan behar da metalezko gehigarrien fabrikazioa, batez ere L-PBF, dela arlo honetan gehien erabiltzen dena. Prozesu honek laser energia erabiltzean datza metal hautsa geruzaz geruza fusionatzeko. Bereziki egokia da pieza txikiak, konplexuak, zehatzak eta pertsonalizatuak ekoizteko. Aeroespazial fabrikatzaileek ere onura atera dezakete DED-tik, metalezko alanbrea edo hautsa metatzea dakarrena eta batez ere metalezko edo zeramikazko piezak konpontzeko, estaltzeko edo pertsonalizatuak ekoizteko erabiltzen dena.
Aitzitik, aglutinatzaile-zorrotada, ekoizpen-abiadurari eta kostu baxuari dagokionez abantailagarria den arren, ez da egokia errendimendu handiko pieza mekanikoak ekoizteko, azken produktuaren fabrikazio-denbora handitzen duten indartze-urratsak behar baititu prozesatu ondoren. Estrusio-teknologia eraginkorra da espazio-ingurunean ere. Kontuan izan behar da polimero guztiak ez direla egokiak espazioan erabiltzeko, baina PEEK bezalako errendimendu handiko plastikoek metalezko pieza batzuk ordezka ditzakete beren erresistentzia dela eta. Hala ere, 3D inprimaketa-prozesu hau oraindik ez dago oso hedatuta, baina aktibo baliotsua bihur daiteke espazioaren esploraziorako material berriak erabiliz.
Laser hauts-ohe fusioa (L-PBF) 3D inprimaketa aeroespazialean oso erabilia den teknologia da.
Espazioko materialen potentziala
Aeroespazio-industriak material berriak aztertzen aritu da 3D inprimaketaren bidez, merkatua irauli dezaketen alternatiba berritzaileak proposatuz. Titanioa, aluminioa eta nikel-kromo aleazioak bezalako metalak beti izan diren arreta nagusia, baina material berri batek laster protagonismoa lapur dezake: ilargi-erregolitoa. Ilargi-erregolitoa ilargia estaltzen duen hauts-geruza bat da, eta ESAk 3D inprimaketarekin konbinatzearen onurak frogatu ditu. Advenit Makaya ESAko fabrikazio-ingeniari nagusiak ilargi-erregolitoa hormigoiaren antzekoa dela deskribatzen du, batez ere silizioz eta beste elementu kimiko batzuez osatua, hala nola burdinaz, magnesioz, aluminioz eta oxigenoz. ESAk Lithozekin lankidetzan aritu da torlojuak eta engranajeak bezalako pieza funtzional txikiak ekoizteko, hala nola torlojuak eta engranajeak, benetako ilargi-hautsaren antzeko propietateak dituen simulatutako ilargi-erregolitoa erabiliz.
Ilargi-erregolitoa fabrikatzeko prozesu gehienek beroa erabiltzen dute, SLS eta hauts-lotura bidezko inprimaketa-soluzio bezalako teknologiekin bateragarria bihurtuz. ESAk D-Shape teknologia ere erabiltzen ari da, magnesio kloruroa materialekin nahastuz eta simulatutako laginaren magnesio oxidoarekin konbinatuz pieza solidoak ekoizteko helburuarekin. Ilargi-material honen abantaila esanguratsuenetako bat bere inprimaketa-bereizmen finagoa da, eta horrek zehaztasun handienarekin piezak ekoiztea ahalbidetzen du. Ezaugarri hau etorkizuneko ilargi-baseetarako aplikazio-sorta zabaltzeko eta osagaiak fabrikatzeko aktibo nagusia izan liteke.
Ilargi-erregolitoa nonahi dago
Badago Marteko erregolitoa ere, Marten aurkitutako lurpeko materialari erreferentzia eginez. Gaur egun, nazioarteko espazio agentziek ezin dute material hau berreskuratu, baina horrek ez die zientzialariei eragotzi bere potentziala zenbait aeroespazial proiektutan ikertzea. Ikertzaileek material honen simulatutako laginak erabiltzen ari dira eta titaniozko aleazioarekin konbinatzen ari dira tresnak edo suzirien osagaiak ekoizteko. Hasierako emaitzek adierazten dute material honek erresistentzia handiagoa emango duela eta ekipamendua herdoilaren eta erradiazio-kalteen aurka babestuko duela. Bi material hauek antzeko propietateak badituzte ere, ilargiko erregolitoa da oraindik ere gehien probatu den materiala. Beste abantaila bat da material hauek bertan fabrikatu daitezkeela lehengaiak Lurretik garraiatu beharrik gabe. Gainera, erregolitoa material iturri agortezina da, eta horrek urritasuna saihesteko laguntzen du.
3D inprimaketa teknologiaren aplikazioak aeroespazial industrian
3D inprimaketa teknologiaren aplikazioak aeroespazial industrian alda daitezke erabilitako prozesu espezifikoaren arabera. Adibidez, laser hauts ohe fusioa (L-PBF) erabil daiteke epe laburreko pieza konplexuak fabrikatzeko, hala nola tresna sistemak edo espazioko ordezko piezak. Launcher, Kalifornian oinarritutako startup batek, Velo3D-ren zafiro-metal 3D inprimaketa teknologia erabili zuen bere E-2 likidozko suziri motorra hobetzeko. Fabrikatzailearen prozesua erabili zen indukzio turbina sortzeko, eta honek funtsezko zeregina du LOX (oxigeno likidoa) azeleratzeko eta errekuntza ganberara eramateko. Turbina eta sentsorea 3D inprimaketa teknologia erabiliz inprimatu eta gero muntatu ziren. Osagai berritzaile honek fluido fluxu handiagoa eta bultzada handiagoa ematen dio suziriari, motorraren funtsezko atal bihurtuz.
Velo3D-k PBF teknologiaren erabileran lagundu zuen E-2 suziri likidoaren motorra fabrikatzeko.
Gehigarrizko fabrikazioak aplikazio zabalak ditu, egitura txiki eta handien ekoizpena barne. Adibidez, Relativity Space-ren Stargate irtenbidea bezalako 3D inprimaketa teknologiak erabil daitezke suziri erregai deposituak eta helizeen palak bezalako pieza handiak fabrikatzeko. Relativity Space-k hori frogatu du Terran 1 arrakastaz ekoiztuz, ia osorik 3D inprimatutako suziria, hainbat metroko erregai depositua barne. 2023ko martxoaren 23an egindako lehen jaurtiketak gehigarrizko fabrikazio prozesuen eraginkortasuna eta fidagarritasuna frogatu zituen.
Estrusioan oinarritutako 3D inprimaketa teknologiak piezak ekoiztea ere ahalbidetzen du, PEEK bezalako errendimendu handiko materialak erabiliz. Termoplastiko honekin egindako osagaiak espazioan probatu dira dagoeneko eta Rashid roverrean jarri dira UAEko ilargi misioaren barruan. Proba honen helburua PEEK-en muturreko ilargi baldintzei aurre egiteko duen erresistentzia ebaluatzea izan zen. Arrakasta izanez gero, PEEK-ek metalezko piezak ordezkatu ahal izango ditu metalezko piezak hausten direnean edo materialak urriak direnean. Gainera, PEEK-en arintasun propietateak baliotsuak izan daitezke espazioaren esplorazioan.
3D inprimaketa teknologiak hainbat pieza fabrikatzeko erabil dezake industria aeroespazialerako.
3D inprimaketaren abantailak aeroespazial industrian
3D inprimaketaren abantailak aeroespazial industrian piezen azken itxura hobetzea dira, eraikuntza teknika tradizionalen aldean. Johannes Homak, Lithoz 3D inprimagailu fabrikatzaile austriarreko zuzendari nagusiak, adierazi zuen "teknologia honek piezak arinagoak egiten dituela". Diseinu askatasunari esker, 3D inprimatutako produktuak eraginkorragoak dira eta baliabide gutxiago behar dituzte. Horrek eragin positiboa du piezen ekoizpenaren ingurumen-inpaktuan. Relativity Space-k frogatu du gehigarrizko fabrikazioak nabarmen murriztu dezakeela espazio-ontziak fabrikatzeko behar diren osagaien kopurua. Terran 1 suziriarentzat, 100 pieza aurreztu ziren. Gainera, teknologia honek abantaila nabarmenak ditu ekoizpen-abiaduran, suziria 60 egun baino gutxiagoan amaitzen baita. Aldiz, metodo tradizionalak erabiliz suziri bat fabrikatzeak hainbat urte iraun ditzake.
Baliabideen kudeaketari dagokionez, 3D inprimaketak materialak aurreztu ditzake eta, kasu batzuetan, hondakinak birziklatzea ere ahalbidetu dezake. Azkenik, gehigarrizko fabrikazioa aktibo baliotsua izan daiteke suzirien aireratze-pisua murrizteko. Helburua tokiko materialen erabilera maximizatzea da, hala nola erregolitoa, eta espazio-ontzietan materialen garraioa minimizatzea. Horri esker, 3D inprimagailu bat bakarrik eraman daiteke, eta horrek dena sor dezake bidaiaren ondoren bertan.
Made in Space-k bere 3D inprimagailu bat bidali du dagoeneko espaziora probak egiteko.
3D inprimaketaren mugak espazioan
3D inprimaketak abantaila asko dituen arren, teknologia nahiko berria da oraindik eta mugak ditu. Advenit Makayak adierazi zuen: "Aeroespazio-industrian gehigarrien fabrikazioaren arazo nagusietako bat prozesuen kontrola eta balidazioa da". Fabrikatzaileek laborategian sartu eta pieza bakoitzaren erresistentzia, fidagarritasuna eta mikroegitura probatu ditzakete balioztatu aurretik, suntsipenik gabeko probak (NDT) izeneko prozesu bat. Hala ere, hau denbora asko eskatzen duen prozesua eta garestia izan daiteke, beraz, azken helburua proba horien beharra murriztea da. NASAk duela gutxi sortu zuen arazo honi aurre egiteko zentro bat, gehigarrien fabrikazioaren bidez fabrikatutako metalezko osagaien ziurtapen azkarran zentratua. Zentroak produktuen ordenagailu-ereduak hobetzeko biki digitalak erabiltzea du helburu, eta horrek ingeniariei piezen errendimendua eta mugak hobeto ulertzen lagunduko die, haustura baino lehen zenbat presio jasan dezaketen barne. Horrela, zentroak 3D inprimaketaren aplikazioa sustatzen laguntzea espero du aeroespazio-industrian, fabrikazio-teknika tradizionalekin lehiatzeko eraginkorragoa izan dadin.
Osagai hauek fidagarritasun eta erresistentzia proba sakonak egin dituzte.
Bestalde, egiaztapen-prozesua desberdina da fabrikazioa espazioan egiten bada. ESAko Advenit Makaya-k azaltzen duenez, "Inprimatzean zehar piezak aztertzen dituen teknika bat dago". Metodo honek zein produktu inprimatu diren egokiak eta zein ez zehazten laguntzen du. Horrez gain, espaziorako pentsatutako 3D inprimagailuetarako autozuzenketa-sistema bat dago, eta metalezko makinetan probatzen ari da. Sistema honek fabrikazio-prozesuan egon daitezkeen akatsak identifikatu eta bere parametroak automatikoki alda ditzake piezan dauden akatsak zuzentzeko. Bi sistema hauek espazioan inprimatutako produktuen fidagarritasuna hobetzea espero da.
3D inprimaketa-irtenbideak balioztatzeko, NASAk eta ESAk estandarrak ezarri dituzte. Estandar horien artean piezen fidagarritasuna zehazteko hainbat proba daude. Hauts-oheko fusio-teknologia hartzen dute kontuan eta beste prozesu batzuetarako eguneratzen ari dira. Hala ere, materialen industriako eragile garrantzitsu askok, hala nola Arkema, BASF, Dupont eta Sabic-ek, trazabilitate hori ere eskaintzen dute.
Espazioan bizitzea?
3D inprimaketa teknologiaren aurrerapenarekin, Lurrean etxeak eraikitzeko teknologia hau erabiltzen duten proiektu arrakastatsu asko ikusi ditugu. Horrek galdetzera garamatza ea prozesu hau etorkizun hurbilean edo urrunean espazioan bizitzeko moduko egiturak eraikitzeko erabiliko den. Espazioan bizitzea gaur egun irreala ez den arren, etxeak eraikitzea, batez ere ilargian, onuragarria izan daiteke astronautentzat espazio-misioak egiterakoan. Europako Espazio Agentziaren (ESA) helburua ilargi-erregolitoa erabiliz kupulak eraikitzea da ilargian, eta hori erabil daiteke hormak edo adreiluak eraikitzeko, astronautak erradiaziotik babesteko. ESAko Advenit Makayaren arabera, ilargi-erregolitoa % 60 metalez eta % 40 oxigenoz osatuta dago, eta ezinbesteko materiala da astronauten biziraupenerako, material horretatik ateratzen bada oxigeno iturri amaigabea eman dezakeelako.
NASAk 57,2 milioi dolarreko diru-laguntza eman dio ICONi ilargiaren gainazalean egiturak eraikitzeko 3D inprimaketa sistema bat garatzeko, eta enpresarekin lankidetzan ari da Mars Dune Alpha habitat bat sortzeko. Helburua Marteko bizi-baldintzak probatzea da, boluntarioak urtebetez habitat batean biziz, Planeta Gorriaren baldintzak simulatuz. Ahalegin hauek urrats kritikoak dira ilargian eta Marten 3D inprimatutako egiturak zuzenean eraikitzeko, eta horrek, azkenean, gizakien espazioaren kolonizaziorako bidea ireki dezake.
Etorkizun urrunean, etxe hauek espazioan bizitza bizirauteko aukera eman dezakete.
Argitaratze data: 2023ko ekainaren 14a
