Rachete imprimate 3D au început să explodeze

Dacă lansarea Terran1 din această vară de la Cape Canaveral este un succes, Spațiul relativității va fi prima companie de producție aerospațială care va trimite în spațiu o rachetă imprimată în întregime 3D. La scurt timp după, un start-up din California a sunat Launcher își va implementa platforma de satelit Orbiter alimentată de motoare de rachetă imprimate 3D după ce a primit un impuls în spațiu de la un SpaceX.

Este greu de supraestimat impactul pe care l-a avut imprimarea 3D – numită și fabricație aditivă – asupra industriei spațiale. Nicio altă tehnologie nu a permis atâtor companii să intre în această industrie și să livreze vehicule, motoare și rachete într-un timp atât de scurt, la costuri atât de mici. Și acum, numărul producătorilor de rachete începători este pe cale să crească, pe măsură ce mai multe imprimante 3D disponibile comercial se dovedesc la înălțimea sarcinii de a produce componente demne de spațiu.

De exemplu, o companie aerospațială cu sediul în Marea Britanie Orbex speră că rachetele sale imprimate 3D, realizate cu cea mai recentă imprimantă 3D din metal de la producătorul german EOS, vor exploda din Scoția până la sfârșitul anului. Și în SUA, tânăr producător de motoare rachete Ursa Mare preia acum comenzi pentru noul său motor de propulsie Arroway, conceput pentru a înlocui sursele de propulsie fabricate în Rusia, care nu sunt acum disponibile. De asemenea, este imprimat 3D folosind imprimante 3D metalice disponibile.

„Nu cred că compania noastră ar exista fără imprimarea 3D”, spune Jake Bowles, director de producție avansată și materiale la Ursa Major, care a petrecut cinci ani la SpaceX. „Evoluția noastră a fost strâns legată de existența și maturitatea imprimării 3D.”

Ursa Major și-a propus să aducă pe piață un motor într-un ritm mult mai rapid decât fusese înainte, în luni, nu ani, ceea ce a fost posibil doar prin prototipare și fabricare cu imprimante 3D, spune Bowles.

În timp ce Relativity Space și alții au dezvoltat o tehnologie proprie de imprimare 3D pentru rachetele lor, Bowles spune că utilizarea noilor imprimante 3D comerciale i-a permis Ursei Major să țină costurile sub control și să repete rapid design-urile, fără a fi nevoită să treacă prin dezvoltarea tehnologică timpurie necesară cu imprimantele 3D produse în casă. .

„Echipa noastră evaluează în mod constant noile companii de imprimante 3D care vin cu inovații, deoarece există o mare concurență pentru o parte din piața aerospațială și de lansare spațială”, spune Bowles. Se estimează că dimensiunea pieței globale de imprimare 3D aerospațială va ajunge la 9.27 miliarde de dolari până în 2030, potrivit Strategic Market Research.

Companiile se întrec pentru a oferi companiilor, cum ar fi Amazon, cele mai puternice, flexibile și mai ieftine opțiuniAMZN
, care caută să pună sateliți pe orbită pentru a oferi bandă largă la nivel mondial, să captureze imagini de înaltă rezoluție ale activității de pe pământ și chiar să creeze hoteluri private pentru stații spațiale pentru cei ultrabogați.

Imprimarea 3D alimentează cursa pentru comercializarea spațiului

Cu tehnologia de fabricație aditivă care reduce costurile de lansare cu până la 95% în comparație cu programul de navetă spațială NASA, ușa este deschisă pentru mai multe servicii de pe orbită, conducând la o concurență acerbă între producătorii de rachete. Sloganul companiei Launcher arată ca un anunț Walmart: „Oriunde în spațiu la cel mai mic cost”.

Reducerea a milioane de bani din costul implementării sateliților a obținut recent finanțare Launcher de la Forța Spațială SUA pentru a-și dezvolta în continuare motorul de rachetă lichid de înaltă performanță E-2 imprimat 3D pentru vehiculul de lansare Launcher Light, programat să zboare în 2024. a spus: „Motorul de rachetă lichid E-2 al Launcher are potențialul de a reduce semnificativ prețul pentru a livra sateliți mici pe orbită pe vehicule de lansare mici dedicate, ceea ce este o capacitate și o prioritate cheie pentru Forța Spațială”.

Pentru a reduce costurile și a accelera producția, Launcher folosește și imprimante 3D de la EOS, precum și Velo3D din California.

„Piesele turbopompei pentru motorul rachetă necesită de obicei turnare, forjare și sudare”, spune Max Haot, fondator și CEO al Launcher. „Uneltele necesare pentru aceste procese cresc costul de dezvoltare și reduc flexibilitatea între iterațiile de proiectare. Capacitatea de a imprima în 3D turbopompa noastră, inclusiv rotoare învăluite Inconel rotative, datorită tehnologiei Velo3D cu grade zero, face posibilă acum la un cost mai mic și o inovație sporită prin iterare între fiecare prototip.”

Cu metodele tradiționale de producție pentru industria aerospațială, este obișnuit să auzim despre termene de livrare de nouă până la 12 luni și despre cheltuieli uriașe pentru unelte pentru a construi și testa, ceva asemănător unui motor cu combustie în etape alimentat cu pompă, bogat în oxigen, spune Eduardo Rondon, un senior în propulsie. analist la Ursa Major, un alt veteran SpaceX. „Fabricația aditivă ne permite să punem un nou design pe standul de testare, să decidem să facem o schimbare, să lucrăm la o arhitectură alternativă, să o imprimăm și să o punem pe stand în câteva săptămâni.”

Orbex 3D își imprimă rachetele pe același tip de imprimantă ca Launcher, the AMCM M4K-4 Platformă de imprimare metalică de la EOS, care a apărut în 2021. Compania a folosit și imprimante 3D metalice de la compania germană SLM Solutions.

Imprimarea 3D nu doar pentru start-up-uri

Imprimarea 3D are o istorie lungă în spațiu încă de când SpaceX și-a dezvăluit motorul de rachetă SuperDraco imprimat 3D în 2013.

Gigantul aerospațial Aerojet RocketdyneAJRD
și-a reproiectat familia de motoare rachetă Bantam în 2017, profitând din plin de capacitățile de fabricație aditivă care reduc timpul total de proiectare și fabricație de la mai mult de un an la câteva luni, reducând în același timp costurile cu aproximativ 65% în comparație cu metodele de fabricație convenționale.

„Aceste motoare, care ar fi compuse în mod normal din peste 100 de piese, sunt construite din doar trei componente majore fabricate cu aditivi: ansamblul injector, camera de ardere și o secțiune monolitică a gâtului și a duzei”, spune compania.

Rocket Lab, un alt pionier în lansările comerciale de sateliți, a lansat pentru prima dată motorul său ușor de rachetă imprimat 3D, Rutherford, în 2017. Camera de ardere, injectoarele, pompele și supapele principale de propulsie sunt toate imprimate 3D și au alimentat deja 27 de lansări. inclusiv pe cel din această săptămână.

Marti, Rocket Lab's Motorul Rutherford a alimentat racheta Electron a companiei din Noua Zeelandă, cu o sarcină utilă NASA destinată Lună.

În ciuda faptului că NASA și veteranii experimentați de lansare au testat, validat și încorporat producția aditivă în programele lor de ani de zile, tehnologia comercială de imprimare 3D de astăzi și materialele avansate din aliaje metalice s-au maturizat atât de repede încât companii precum Launcher, Ursa Major și Orbex pot obține de la prototip la lansare în mai puțin timp pentru mai puțini bani.

„Am început din prima zi să proiectăm în jurul imprimării 3D și să profităm de capacitățile pe care aceasta le oferă”, spune Bowels. „Acest lucru ne-a permis să construim cunoștințe interne despre cum să optimizăm design-urile pentru imprimarea 3D, pe care apoi să le aplicăm noilor motoare pe care trebuie să le dezvoltăm și să le vindem pentru a satisface cererea pieței. Și știind deja cum să facem asta, putem ajunge mai repede pe piață.”