२० औं शताब्दीदेखि नै मानव जाति अन्तरिक्ष अन्वेषण गर्न र पृथ्वीभन्दा बाहिर के छ भनेर बुझ्न उत्सुक छ। नासा र ईएसए जस्ता प्रमुख संस्थाहरू अन्तरिक्ष अन्वेषणको अग्रपंक्तिमा रहेका छन्, र यस विजयमा अर्को महत्त्वपूर्ण खेलाडी थ्रीडी प्रिन्टिङ हो। कम लागतमा जटिल भागहरू द्रुत रूपमा उत्पादन गर्ने क्षमताको साथ, यो डिजाइन प्रविधि कम्पनीहरूमा बढ्दो रूपमा लोकप्रिय हुँदै गइरहेको छ। यसले उपग्रह, स्पेससूट र रकेट कम्पोनेन्टहरू जस्ता धेरै अनुप्रयोगहरूको सिर्जना सम्भव बनाउँछ। वास्तवमा, स्मारटेकका अनुसार, निजी अन्तरिक्ष उद्योग एडिटिभ निर्माणको बजार मूल्य २०२६ सम्ममा €२.१ बिलियन पुग्ने अपेक्षा गरिएको छ। यसले प्रश्न उठाउँछ: थ्रीडी प्रिन्टिङले मानिसहरूलाई अन्तरिक्षमा उत्कृष्ट हुन कसरी मद्दत गर्न सक्छ?
सुरुमा, थ्रीडी प्रिन्टिङ मुख्यतया चिकित्सा, अटोमोटिभ र एयरोस्पेस उद्योगहरूमा द्रुत प्रोटोटाइपिङको लागि प्रयोग गरिन्थ्यो। यद्यपि, यो प्रविधि व्यापक हुँदै जाँदा, यसलाई अन्तिम-उद्देश्य कम्पोनेन्टहरूको लागि बढ्दो रूपमा प्रयोग गरिँदैछ। धातु योजक उत्पादन प्रविधि, विशेष गरी L-PBF ले चरम अन्तरिक्ष अवस्थाहरूको लागि उपयुक्त विशेषताहरू र टिकाउपन भएका विभिन्न धातुहरूको उत्पादनलाई अनुमति दिएको छ। अन्य थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिहरू, जस्तै DED, बाइन्डर जेटिंग, र एक्सट्रुजन प्रक्रिया, पनि एयरोस्पेस कम्पोनेन्टहरूको निर्माणमा प्रयोग गरिन्छ। हालैका वर्षहरूमा, नयाँ व्यापार मोडेलहरू देखा परेका छन्, मेड इन स्पेस र रिलेटिभिटी स्पेस जस्ता कम्पनीहरूले एयरोस्पेस कम्पोनेन्टहरू डिजाइन गर्न थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधि प्रयोग गरेका छन्।
सापेक्षता स्पेसले एयरोस्पेस उद्योगको लागि थ्रीडी प्रिन्टर विकास गर्दै
अन्तरिक्षमा थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधि
अब हामीले तिनीहरूलाई परिचय गराइसकेका छौं, एयरोस्पेस उद्योगमा प्रयोग हुने विभिन्न थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिहरूलाई नजिकबाट हेरौं। पहिले, यो ध्यान दिनुपर्छ कि धातु योजक उत्पादन, विशेष गरी L-PBF, यस क्षेत्रमा सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यो प्रक्रियामा लेजर ऊर्जा प्रयोग गरेर धातुको पाउडर तह तहद्वारा फ्यूज गर्ने समावेश छ। यो विशेष गरी साना, जटिल, सटीक, र अनुकूलित भागहरू उत्पादन गर्न उपयुक्त छ। एयरोस्पेस निर्माताहरूले DED बाट पनि लाभ उठाउन सक्छन्, जसमा धातुको तार वा पाउडर जम्मा गर्ने समावेश छ र मुख्यतया अनुकूलित धातु वा सिरेमिक भागहरू मर्मत, कोटिंग, वा उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ।
यसको विपरित, बाइन्डर जेटिङ, उत्पादन गति र कम लागतको हिसाबले फाइदाजनक भए पनि, उच्च-प्रदर्शन मेकानिकल भागहरू उत्पादन गर्न उपयुक्त छैन किनभने यसलाई अन्तिम उत्पादनको निर्माण समय बढाउने पोस्ट-प्रोसेसिङ बलियो बनाउने चरणहरू आवश्यक पर्दछ। एक्सट्रुजन प्रविधि अन्तरिक्ष वातावरणमा पनि प्रभावकारी छ। यो ध्यान दिनुपर्छ कि सबै पोलिमरहरू अन्तरिक्षमा प्रयोगको लागि उपयुक्त छैनन्, तर PEEK जस्ता उच्च-प्रदर्शन प्लास्टिकहरूले तिनीहरूको बलको कारणले केही धातु भागहरू प्रतिस्थापन गर्न सक्छन्। यद्यपि, यो 3D प्रिन्टिङ प्रक्रिया अझै धेरै व्यापक छैन, तर यो नयाँ सामग्रीहरू प्रयोग गरेर अन्तरिक्ष अन्वेषणको लागि एक बहुमूल्य सम्पत्ति बन्न सक्छ।
लेजर पाउडर बेड फ्युजन (L-PBF) एयरोस्पेसको लागि थ्रीडी प्रिन्टिङमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने प्रविधि हो।
अन्तरिक्ष सामग्रीको सम्भाव्यता
एयरोस्पेस उद्योगले थ्रीडी प्रिन्टिङ मार्फत नयाँ सामग्रीहरूको अन्वेषण गर्दै बजारलाई बाधा पुर्याउन सक्ने नवीन विकल्पहरूको प्रस्ताव गर्दै आएको छ। टाइटेनियम, एल्युमिनियम र निकल-क्रोमियम मिश्र धातुहरू सधैं मुख्य फोकस भएका छन्, तर नयाँ सामग्रीले चाँडै नै स्पटलाइट चोर्न सक्छ: चन्द्र रेगोलिथ। चन्द्र रेगोलिथ चन्द्रमालाई ढाक्ने धुलोको तह हो, र ESA ले यसलाई थ्रीडी प्रिन्टिङसँग संयोजन गर्ने फाइदाहरू प्रदर्शन गरेको छ। ESA का एक वरिष्ठ निर्माण इन्जिनियर एडभेनिट मकायाले चन्द्र रेगोलिथलाई कंक्रीट जस्तै वर्णन गर्छन्, जुन मुख्यतया सिलिकन र फलाम, म्याग्नेसियम, एल्युमिनियम र अक्सिजन जस्ता अन्य रासायनिक तत्वहरू मिलेर बनेको हुन्छ। ESA ले वास्तविक चन्द्रमाको धुलो जस्तै गुणहरू भएको सिमुलेटेड चन्द्र रेगोलिथ प्रयोग गरेर स्क्रू र गियरहरू जस्ता साना कार्यात्मक भागहरू उत्पादन गर्न लिथोजसँग साझेदारी गरेको छ।
चन्द्र रेगोलिथ निर्माणमा संलग्न अधिकांश प्रक्रियाहरूले ताप प्रयोग गर्छन्, जसले गर्दा यसलाई SLS र पाउडर बन्डिङ प्रिन्टिङ सोलुसन जस्ता प्रविधिहरूसँग उपयुक्त बनाउँछ। ESA ले म्याग्नेसियम क्लोराइडलाई सामग्रीहरूसँग मिसाएर र सिमुलेटेड नमूनामा पाइने म्याग्नेसियम अक्साइडसँग संयोजन गरेर ठोस भागहरू उत्पादन गर्ने लक्ष्यका साथ D-आकार प्रविधि पनि प्रयोग गरिरहेको छ। यस चन्द्र सामग्रीको एउटा महत्त्वपूर्ण फाइदा भनेको यसको राम्रो प्रिन्ट रिजोल्युसन हो, जसले यसलाई उच्चतम परिशुद्धताका साथ भागहरू उत्पादन गर्न सक्षम बनाउँछ। यो सुविधा भविष्यको चन्द्र आधारहरूको लागि अनुप्रयोगहरूको दायरा र निर्माण घटकहरू विस्तार गर्न प्राथमिक सम्पत्ति बन्न सक्छ।
चन्द्र रेगोलिथ जताततै छ
मंगल ग्रहमा पाइने सतहको पदार्थलाई जनाउने मंगल ग्रहको रेगोलिथ पनि छ। हाल, अन्तर्राष्ट्रिय अन्तरिक्ष एजेन्सीहरूले यो पदार्थ पुन: प्राप्त गर्न सक्दैनन्, तर यसले वैज्ञानिकहरूलाई केही एयरोस्पेस परियोजनाहरूमा यसको क्षमताको अनुसन्धान गर्नबाट रोकेको छैन। अनुसन्धानकर्ताहरूले यस पदार्थको नक्कली नमूनाहरू प्रयोग गरिरहेका छन् र यसलाई टाइटेनियम मिश्र धातुसँग मिलाएर उपकरणहरू वा रकेट कम्पोनेन्टहरू उत्पादन गरिरहेका छन्। प्रारम्भिक नतिजाहरूले संकेत गर्दछ कि यो पदार्थले उच्च शक्ति प्रदान गर्नेछ र उपकरणहरूलाई खिया लाग्ने र विकिरणको क्षतिबाट जोगाउनेछ। यद्यपि यी दुई पदार्थहरूमा समान गुणहरू छन्, चन्द्रमा रेगोलिथ अझै पनि सबैभन्दा परीक्षण गरिएको पदार्थ हो। अर्को फाइदा यो हो कि यी पदार्थहरू पृथ्वीबाट कच्चा पदार्थ ढुवानी नगरी साइटमा उत्पादन गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, रेगोलिथ एक अक्षय सामग्री स्रोत हो, जसले अभावलाई रोक्न मद्दत गर्दछ।
एयरोस्पेस उद्योगमा थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिको प्रयोग
एयरोस्पेस उद्योगमा थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिको प्रयोग प्रयोग गरिएको विशिष्ट प्रक्रियाको आधारमा फरक हुन सक्छ। उदाहरणका लागि, लेजर पाउडर बेड फ्युजन (L-PBF) लाई उपकरण प्रणाली वा स्पेस स्पेयर पार्ट्स जस्ता जटिल छोटो अवधिका भागहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। क्यालिफोर्नियामा आधारित स्टार्टअप लन्चरले आफ्नो E-2 तरल रकेट इन्जिनलाई बढाउन Velo3D को नीलमणि-धातु थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधि प्रयोग गर्यो। निर्माताको प्रक्रिया इन्डक्सन टर्बाइन सिर्जना गर्न प्रयोग गरिएको थियो, जसले दहन कक्षमा LOX (तरल अक्सिजन) लाई गति दिन र ड्राइभ गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। टर्बाइन र सेन्सर प्रत्येकलाई थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधि प्रयोग गरेर छापिएको थियो र त्यसपछि भेला गरिएको थियो। यो नवीन कम्पोनेन्टले रकेटलाई ठूलो तरल पदार्थ प्रवाह र ठूलो थ्रस्ट प्रदान गर्दछ, जसले यसलाई इन्जिनको एक आवश्यक भाग बनाउँछ।
Velo3D ले E-2 तरल रकेट इन्जिन निर्माणमा PBF प्रविधिको प्रयोगमा योगदान पुर्यायो।
थप उत्पादनमा साना र ठूला संरचनाहरूको उत्पादन सहित व्यापक अनुप्रयोगहरू छन्। उदाहरणका लागि, रिलेटिभिटी स्पेसको स्टारगेट समाधान जस्ता थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिहरू रकेट इन्धन ट्याङ्की र प्रोपेलर ब्लेड जस्ता ठूला भागहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। सापेक्षता स्पेसले टेरान १ को सफल उत्पादन मार्फत यो प्रमाणित गरेको छ, जुन लगभग पूर्ण रूपमा थ्रीडी-प्रिन्टेड रकेट हो, जसमा धेरै मिटर लामो इन्धन ट्याङ्की पनि समावेश छ। मार्च २३, २०२३ मा यसको पहिलो प्रक्षेपणले थप उत्पादन प्रक्रियाहरूको दक्षता र विश्वसनीयता प्रदर्शन गर्यो।
एक्सट्रुजन-आधारित थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिले PEEK जस्ता उच्च-प्रदर्शन सामग्रीहरू प्रयोग गरेर भागहरूको उत्पादनलाई पनि अनुमति दिन्छ। यस थर्मोप्लास्टिकबाट बनेका कम्पोनेन्टहरू पहिले नै अन्तरिक्षमा परीक्षण गरिसकिएका छन् र UAE चन्द्र अभियानको भागको रूपमा रशिद रोभरमा राखिएको थियो। यस परीक्षणको उद्देश्य PEEK को चरम चन्द्र अवस्थाहरूमा प्रतिरोधको मूल्याङ्कन गर्नु थियो। यदि सफल भयो भने, PEEK ले धातुका भागहरू भाँचिने वा सामग्रीहरू दुर्लभ हुने परिस्थितिहरूमा धातुका भागहरू प्रतिस्थापन गर्न सक्षम हुन सक्छ। थप रूपमा, PEEK को हल्का तौल गुणहरू अन्तरिक्ष अन्वेषणमा मूल्यवान हुन सक्छन्।
एयरोस्पेस उद्योगका लागि विभिन्न पार्टपुर्जाहरू निर्माण गर्न थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
एयरोस्पेस उद्योगमा थ्रीडी प्रिन्टिङका फाइदाहरू
एयरोस्पेस उद्योगमा थ्रीडी प्रिन्टिङका फाइदाहरूमा परम्परागत निर्माण प्रविधिहरूको तुलनामा पार्टपुर्जाको सुधारिएको अन्तिम उपस्थिति समावेश छ। अस्ट्रियाली थ्रीडी प्रिन्टर निर्माता लिथोजका सीईओ जोहानेस होमाले भने कि "यो प्रविधिले पार्टपुर्जाहरूलाई हल्का बनाउँछ।" डिजाइन स्वतन्त्रताको कारण, थ्रीडी प्रिन्ट गरिएका उत्पादनहरू बढी कुशल हुन्छन् र कम स्रोतहरू चाहिन्छ। यसले पार्टपुर्जा उत्पादनको वातावरणीय प्रभावमा सकारात्मक प्रभाव पार्छ। सापेक्षता स्पेसले प्रदर्शन गरेको छ कि एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङले अन्तरिक्षयान निर्माण गर्न आवश्यक पर्ने कम्पोनेन्टहरूको संख्यालाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउन सक्छ। टेरान १ रकेटको लागि, १०० पार्टपुर्जाहरू बचत गरियो। थप रूपमा, यो प्रविधिको उत्पादन गतिमा महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू छन्, रकेट ६० दिन भन्दा कम समयमा पूरा हुन्छ। यसको विपरित, परम्परागत विधिहरू प्रयोग गरेर रकेट निर्माण गर्न धेरै वर्ष लाग्न सक्छ।
स्रोत व्यवस्थापनको सन्दर्भमा, थ्रीडी प्रिन्टिङले सामग्री बचत गर्न सक्छ र केही अवस्थामा फोहोर पुन: प्रयोग गर्न पनि अनुमति दिन्छ। अन्तमा, रकेटको टेक-अफ तौल घटाउनको लागि एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङ एक बहुमूल्य सम्पत्ति बन्न सक्छ। लक्ष्य भनेको रेगोलिथ जस्ता स्थानीय सामग्रीहरूको अधिकतम प्रयोग गर्नु र अन्तरिक्षयान भित्र सामग्रीहरूको ढुवानीलाई न्यूनतम गर्नु हो। यसले केवल थ्रीडी प्रिन्टर बोक्न सम्भव बनाउँछ, जसले यात्रा पछि साइटमा सबै कुरा सिर्जना गर्न सक्छ।
मेड इन स्पेसले पहिले नै आफ्नो एउटा थ्रीडी प्रिन्टर परीक्षणको लागि अन्तरिक्षमा पठाइसकेको छ।
अन्तरिक्षमा थ्रीडी प्रिन्टिङका सीमितताहरू
यद्यपि थ्रीडी प्रिन्टिङका धेरै फाइदाहरू छन्, यो प्रविधि अझै पनि अपेक्षाकृत नयाँ छ र यसका सीमितताहरू छन्। एडभेनिट मकायाले भने, "एरोस्पेस उद्योगमा एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङको मुख्य समस्याहरू मध्ये एक प्रक्रिया नियन्त्रण र प्रमाणीकरण हो।" निर्माताहरूले प्रयोगशालामा प्रवेश गर्न सक्छन् र प्रमाणीकरण अघि प्रत्येक भागको बल, विश्वसनीयता र माइक्रोस्ट्रक्चर परीक्षण गर्न सक्छन्, जुन प्रक्रियालाई गैर-विनाशकारी परीक्षण (NDT) भनिन्छ। यद्यपि, यो समय-उपभोग गर्ने र महँगो दुवै हुन सक्छ, त्यसैले अन्तिम लक्ष्य यी परीक्षणहरूको आवश्यकता कम गर्नु हो। नासाले हालै यो मुद्दालाई सम्बोधन गर्न एक केन्द्र स्थापना गरेको छ, जुन एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङद्वारा निर्मित धातु कम्पोनेन्टहरूको द्रुत प्रमाणीकरणमा केन्द्रित छ। केन्द्रले उत्पादनहरूको कम्प्युटर मोडेलहरू सुधार गर्न डिजिटल जुम्ल्याहा प्रयोग गर्ने लक्ष्य राखेको छ, जसले इन्जिनियरहरूलाई भागहरूको प्रदर्शन र सीमितताहरू राम्रोसँग बुझ्न मद्दत गर्नेछ, जसमा फ्र्याक्चर हुनु अघि उनीहरूले कति दबाब सहन सक्छन् भन्ने समावेश छ। यसो गरेर, केन्द्रले एयरोस्पेस उद्योगमा थ्रीडी प्रिन्टिङको प्रयोगलाई प्रवर्द्धन गर्न मद्दत गर्ने आशा गर्दछ, जसले यसलाई परम्परागत उत्पादन प्रविधिहरूसँग प्रतिस्पर्धा गर्न अझ प्रभावकारी बनाउँछ।
यी कम्पोनेन्टहरूको व्यापक विश्वसनीयता र शक्ति परीक्षण गरिएको छ।
अर्कोतर्फ, यदि निर्माण अन्तरिक्षमा गरिन्छ भने प्रमाणीकरण प्रक्रिया फरक हुन्छ। ESA का एडभेनिट मकाया बताउँछन्, "छाप्ने क्रममा भागहरूको विश्लेषण गर्ने एउटा प्रविधि छ।" यो विधिले कुन छापिएका उत्पादनहरू उपयुक्त छन् र कुन छैनन् भनेर निर्धारण गर्न मद्दत गर्दछ। थप रूपमा, ठाउँको लागि बनाइएको थ्रीडी प्रिन्टरहरूको लागि स्व-सुधार प्रणाली छ र धातु मेसिनहरूमा परीक्षण गरिँदैछ। यो प्रणालीले निर्माण प्रक्रियामा सम्भावित त्रुटिहरू पहिचान गर्न सक्छ र भागमा भएका कुनै पनि दोषहरू सच्याउन यसको प्यारामिटरहरू स्वचालित रूपमा परिमार्जन गर्न सक्छ। यी दुई प्रणालीहरूले अन्तरिक्षमा छापिएका उत्पादनहरूको विश्वसनीयता सुधार गर्ने अपेक्षा गरिएको छ।
थ्रीडी प्रिन्टिङ समाधानहरू प्रमाणित गर्न, नासा र ईएसएले मापदण्डहरू स्थापित गरेका छन्। यी मापदण्डहरूमा भागहरूको विश्वसनीयता निर्धारण गर्न परीक्षणहरूको श्रृंखला समावेश छ। तिनीहरूले पाउडर बेड फ्युजन प्रविधिलाई विचार गर्छन् र अन्य प्रक्रियाहरूको लागि तिनीहरूलाई अद्यावधिक गर्दैछन्। यद्यपि, सामग्री उद्योगका धेरै प्रमुख खेलाडीहरू, जस्तै आर्केमा, बीएएसएफ, डुपोन्ट, र साबिकले पनि यो ट्रेसेबिलिटी प्रदान गर्छन्।
अन्तरिक्षमा बस्ने?
थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रविधिको विकाससँगै, हामीले पृथ्वीमा धेरै सफल परियोजनाहरू देखेका छौं जसले घरहरू निर्माण गर्न यो प्रविधि प्रयोग गर्दछ। यसले हामीलाई सोच्न बाध्य बनाउँछ कि यो प्रक्रिया निकट वा टाढाको भविष्यमा अन्तरिक्षमा बसोबासयोग्य संरचनाहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ कि भनेर। अन्तरिक्षमा बसोबास हाल अवास्तविक भए पनि, घरहरू निर्माण गर्नु, विशेष गरी चन्द्रमामा, अन्तरिक्ष अभियानहरू कार्यान्वयन गर्न अन्तरिक्ष यात्रीहरूको लागि लाभदायक हुन सक्छ। युरोपेली अन्तरिक्ष एजेन्सी (ESA) को लक्ष्य चन्द्रमामा गुम्बजहरू निर्माण गर्नु हो जुन अन्तरिक्ष यात्रीहरूलाई विकिरणबाट जोगाउन पर्खाल वा इँटाहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। ESA का एडभेनिट मकायाका अनुसार, चन्द्रमामा गुम्बजहरू लगभग ६०% धातु र ४०% अक्सिजन मिलेर बनेको हुन्छ र यो अन्तरिक्ष यात्री बाँच्नको लागि एक आवश्यक सामग्री हो किनभने यदि यो सामग्रीबाट निकालियो भने यसले अक्सिजनको अनन्त स्रोत प्रदान गर्न सक्छ।
नासाले चन्द्रमाको सतहमा संरचना निर्माण गर्नको लागि थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रणाली विकास गर्न आइकनलाई ५७.२ मिलियन डलर अनुदान प्रदान गरेको छ र मार्स ड्युन अल्फा बासस्थान सिर्जना गर्न कम्पनीसँग सहकार्य पनि गरिरहेको छ। लक्ष्य भनेको रातो ग्रहमा अवस्थाहरूको अनुकरण गर्दै एक वर्षको लागि स्वयंसेवकहरूलाई बासस्थानमा बसाएर मंगल ग्रहमा बस्ने अवस्थाको परीक्षण गर्नु हो। यी प्रयासहरूले चन्द्रमा र मंगल ग्रहमा प्रत्यक्ष रूपमा थ्रीडी प्रिन्ट गरिएको संरचनाहरू निर्माण गर्ने दिशामा महत्वपूर्ण कदमहरू प्रतिनिधित्व गर्दछ, जसले अन्ततः मानव अन्तरिक्ष उपनिवेशको लागि मार्ग प्रशस्त गर्न सक्छ।
टाढाको भविष्यमा, यी घरहरूले अन्तरिक्षमा जीवन बाँच्न सक्षम बनाउन सक्छन्।
पोस्ट समय: जुन-१४-२०२३
