רקטות מודפסות בתלת מימד עומדות להתפוצץ

אם השקת Terran1 בקיץ הזה מקייפ קנוורל תהיה הצלחה, מרחב יחסיות תהיה חברת ייצור התעופה והחלל הראשונה שתשלח רקטה מודפסת תלת מימדית לחלל. זמן קצר לאחר מכן, התקשר סטארט-אפ מקליפורניה משגר תפרוס את פלטפורמת הלוויין Orbiter שלה המופעלת על ידי מנועי טילים מודפסים בתלת-ממד לאחר שקיבלה דחיפה לחלל מ-SpaceX.

קשה להעריך יתר על המידה את ההשפעה שהייתה להדפסת תלת מימד - הנקראת גם ייצור תוסף - על תעשיית החלל. שום טכנולוגיה אחרת לא אפשרה לכל כך הרבה חברות להיכנס לתעשייה הזו ולספק כלי רכב, מנועים ורקטות בזמן כל כך קצר בעלויות נמוכות כל כך. וכעת, מספר יצרני הטילים המתחילים צפוי לפרוח כאשר מדפסות תלת מימד זמינות יותר מסחריות מוכיחות את עצמן במשימה של חילוץ רכיבים ראויים לחלל.

לדוגמה, חברת תעופה וחלל שבסיסה בבריטניה Orbex מקווה שהרקטות שלה מודפסות בתלת-ממד, שיוצרו במדפסת התלת-ממד המתכתית העדכנית ביותר של היצרנית הגרמנית EOS, יתפוצצו מסקוטלנד עד סוף השנה. ובארה"ב, יצרנית מנועי רקטות צעירה אורסה מייג'ור מקבלת הזמנות כעת עבור מנוע ההנעה החדש שלה Arroway שנועד לעקור את מקורות ההנעה שאינם זמינים כעת מתוצרת רוסיה. זה גם מודפס בתלת מימד באמצעות מדפסות תלת מימד זמינות ממתכת.

"אני לא חושב שהחברה שלנו תתקיים ללא הדפסת תלת מימד", אומר ג'ייק בולס, מנהל ייצור מתקדם וחומרים ב-Ursa Major, שבילה חמש שנים בחברת SpaceX. "ההתפתחות שלנו הייתה קשורה מאוד לקיום ולבגרות של הדפסת תלת מימד."

אורסה מייג'ור יצאה להביא מנוע לשוק בקצב מהיר הרבה יותר ממה שנעשה קודם לכן, בחודשים לא שנים, דבר שהיה אפשרי רק על ידי יצירת אב טיפוס וייצור במדפסות תלת מימד, אומר בולס.

בעוד Relativity Space ואחרים פיתחו טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית קניינית עבור הרקטות שלהם, בולס אומר שהשימוש במדפסות תלת-ממד מסחריות חדשות אפשרה ל-Ursa Major לשמור על עלויות תחת שליטה ולחזור על עיצובים במהירות, מבלי להידרש בפיתוח הטכנולוגיה המוקדם הנדרש עם מדפסות תלת-ממד תוצרת בית. .

"הצוות שלנו בוחן כל העת חברות מדפסות תלת מימד חדשות שמגיעות עם חידושים מכיוון שיש תחרות רבה על נתח משוק התעופה והחלל", אומר בולס. על פי מחקר שוק אסטרטגי, היקף השוק העולמי של הדפסת תלת-ממד האווירית צפוי להגיע ל-3 מיליארד דולר עד 3.

חברות דוהרות להציע את האפשרויות החזקות, הגמישות והזולות ביותר לחברות, כמו אמזוןAMZN
, שמחפשים להכניס לוויינים למסלול כדי לספק פס רחב עולמי, לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה של פעילות על פני כדור הארץ, ואפילו להקים מלונות תחנות חלל פרטיות לעשירים במיוחד.

הדפסת תלת מימד מעוררת את המירוץ למסחר החלל

עם טכנולוגיית ייצור מוסף שמפחיתה את עלויות השיגור ב-95% בהשוואה לתוכנית מעבורות החלל של נאס"א, הדלת פתוחה לשירותים נוספים מהמסלול המניע תחרות קשה בין יצרני רקטות. סיסמת החברה של Launcher נכתבת כמו מודעת Walmart: "בכל מקום בחלל בעלות הנמוכה ביותר."

הפחתה במיליונים מעלות פריסת לוויינים זכתה לאחרונה למימון משגר מחיל החלל האמריקני להמשך פיתוח מנוע הטילים הנוזלי המודפס E-2 בעל ביצועים גבוהים, המודפס בתלת-ממד עבור כלי השיגור Launcher Light, המתוכנן לטוס ב-3. כוח החלל האמריקאי. אמר: "למנוע הטיל הנוזלי E-2024 של Launcher יש פוטנציאל להוזיל משמעותית את המחיר כדי לספק לוויינים קטנים למסלול על גבי כלי שיגור קטנים ייעודיים, שהם יכולת מרכזית ועדיפות עבור חיל החלל."

כדי לצמצם עלויות ולהאיץ את הייצור, Launcher משתמש גם במדפסות תלת מימד מבית EOS וכן Velo3D מקליפורניה.

"חלקי טורבו משאבת מנועי רקטי דורשים בדרך כלל יציקה, פרזול וריתוך", אומר מקס האוט, מייסד ומנכ"ל Launcher. "כלים הנדרשים לתהליכים אלה מגדילים את עלות הפיתוח ומפחיתים את הגמישות בין איטרציות התכנון. היכולת להדפיס בתלת מימד את משאבת הטורבו שלנו, כולל אימפלרים עטופים של Inconel מסתובבים, הודות לטכנולוגיית האפס מעלות של Velo3D, מאפשרת זאת כעת בעלות נמוכה יותר ובחדשנות מוגברת באמצעות איטרציה בין כל אב טיפוס".

עם שיטות ייצור מסורתיות לתעופה וחלל, מקובל לשמוע על זמני אספקה ​​של תשעה עד 12 חודשים ועל הוצאות אדירות בכלי עבודה לבנייה ובדיקה, משהו כמו מנוע בעירה מבוים עתיר חמצן מוזן במשאבה, אומר אדוארדו רונדון, בכיר בהנעה. אנליסט ב-Ursa Major, עוד ותיק ב-SpaceX. "ייצור תוסף מאפשר לנו לשים עיצוב חדש על דוכן המבחן, להחליט לעשות שינוי, לעבוד על ארכיטקטורה חלופית, להדפיס אותו ולהעלות אותו על הדוכן תוך שבועות."

Orbex 3D מדפיס את הרקטות שלו באותו סוג מדפסת כמו Launcher, ה AMCM M4K-4 פלטפורמת הדפסה מתכת מבית EOS, שיצאה בשנת 2021. החברה השתמשה גם במדפסות מתכת תלת מימד של חברת SLM Solutions הגרמנית.

הדפסת תלת מימד לא רק לסטארט-אפים

להדפסה תלת מימדית יש היסטוריה ארוכה בחלל מאז חשפה SpaceX את מנוע הטילים שלה SuperDraco המודפס בתלת מימד ב-3.

ענקית התעופה והחלל Aerojet RocketdyneAJRD
עיצבה מחדש את משפחת מנועי הרקטות של Bantam בשנת 2017 לנצל את מלוא היתרונות של יכולות ייצור תוספים המפחיתות את זמן התכנון והייצור הכולל מיותר משנה לחודשיים תוך הורדת העלות בכ-65% בהשוואה לשיטות ייצור קונבנציונליות.

"מנועים אלה, שבדרך כלל יהיו מורכבים מיותר מ-100 חלקים, בנויים רק משלושה רכיבים עיקריים המיוצרים בתוספים: מכלול המזרק, תא הבעירה וחלק גרון וזרבובית מונוליטי", אומרים בחברה.

Rocket Lab, חלוצה נוספת בשיגור לוויינים מסחריים, שיגרה לראשונה את מנוע הרקטות הקל-משקל שלה, המודפס בתלת-ממד, Rutherford, בשנת 3. תא הבעירה, המזרקים, המשאבות ושסתומי ההנעה הראשיים שלו מודפסים כולם בתלת-ממד וכבר הניעו 2017 שיגורים, כולל זה השבוע.

ביום שלישי, מעבדות רוקט מנוע רתרפורד הניע את טיל האלקטרון של החברה מניו זילנד עם מטען נאס"א בכיוון הירח.

למרות העובדה שנאס"א וותיקי שיגור ותיקים בדקו, אימתו ושילבו ייצור תוספים בתוכניות שלהם במשך שנים, טכנולוגיית ההדפסה התלת מימדית המסחרית של ימינו וחומרי סגסוגת מתכת מתקדמים הבשילו כל כך מהר שחברות כמו Launcher, Ursa Major ו-Orbex יכולות לקבל מאב טיפוס להשקה בפחות זמן בפחות כסף.

"התחלנו מהיום הראשון לעצב סביב הדפסת תלת מימד, ולנצל את היכולות שהוא מציע", אומר בולס. "זה איפשר לנו לבנות ידע פנימי כיצד לבצע אופטימיזציה של עיצובים להדפסת תלת מימד, שאותם נוכל ליישם על מנועים חדשים שעלינו לפתח ולמכור כדי לענות על ביקוש השוק. וכשנדע כבר איך לעשות את זה נוכל להגיע לשוק מהר יותר".