Koinotga shaxsiy printer bilan: 3D printerlar koinotdagi quruvchilar foydalanadigan asosiy texnologiyaga aylanadimi?
11 min
18.07.2023
Fizika va astronomiya

Bugungi kunda 3D bosma texnologiyalaridan sanoatda ham, maketlar va prototiplar yaratishda ham, shuningdek, tayyor mahsulotlar ishlab chiqarishda ham tobora koʻproq foydalanilmoqda. Raketa va fazoviy sanoat ancha konservativ soha hisoblanadi. Plastik bosib chiqaradigan printerlar allaqachon Xalqaro fazoviy stansiyaga yoʻl olgan boʻlsa-da, 3D bosmasi materiallarni qayta ishlashning anʼanaviy usullari oʻrnini bosa oladimi? Biz ushbu materialning hamkori NITU MISIS bilan birgalikda bu masalaga oydinlik kiritishga harakat qilamiz.


Yerda

Raketa dvigatellarining purkagichlari tashqi tomondan juda oddiy, koʻpincha silliq shaklli ichi boʻsh metall konusga oʻxshab koʻrinadi. Biroq ular oʻta yuqori harorat va bosimga bardosh berishi kerak, shuning uchun koʻp hollarda raketa dvigatellarida faol sovitish tizimidan foydalaniladi. Yoqilgʻi purkagichlar devoridagi ingichka yoʻllar orqali doimiy ravishda uzatib turiladi (keyin u yonish kamerasiga tushadi). Mexanik quvvatni saqlab qolgan holda devorlarda koʻplab ingichka kanallarga ega raketa purkagichlarini yaratish murakkab uskunalar va koʻplab ishlov berish bosqichlarini talab qiladigan ishlab chiqarish vazifasidir.

3D usulda bosib chiqarish koʻp mehnat talab qiladigan manipulyatsiyaga ideal muqobil boʻlishi mumkin, chunki u bitta jarayon bilan juda murakkab qurilmalarni yaratishga imkon beradi. 2015-yilda NASA muhandislari selektiv lazer sinterlashdan foydalangan holda toʻliq oʻlchamli raketa dvigatelining purkagichlarini bosib chiqarish orqali soliq toʻlovchilarning pullarini tejashga qaror qilishdi.

“Qoʻshimcha texnologiyalar fazoviy sanoatga boshqa sohalardagi kabi afzalliklarni beradi. Bular oddiylik, har qanday murakkablikdagi mahsulotlarni chop etish imkoniyatidir. Bu, ayniqsa, raketa dvigatelining purkagichlarini chop etish uchun juda mos keladi”.

Aleksandr Gromov, NITU MISiS professori, 3D bosib chiqarish texnologiyalarini rivojlantirish boʻyicha loyiha boshqaruvchisi

NASAning Marshall markazi materiallarni qayta ishlash laboratoriyasiga maxsus mis qotishmasidan dvigatel purkagichini chop etish uchun 10 kun-u 18 soat vaqt kerak boʻldi. Bu jarayonda 8 255 ta mis kukunlari qoʻllandi. Ammo hosil boʻlgan purkagich deyarli 3 000 daraja haroratga bardosh bera oldi, chunki mutlaq noldan atigi 100 kelvin yuqori haroratda sovituvchi gaz uning devorlaridagi kanallar orqali uzatib turildi.

NASA tomonidan chop etilgan raketa dvigateli / NASA

Masala chop etish bilan cheklanib qolmadi. Yaqinda, 2018-yilning mart oyida Marshall markazi ishlab chiqarish vaqtini qisqartirishga imkon beruvchi takomillashtirilgan texnologiyadan foydalangan holda chop etilgan dvigatelning yongʻin boʻyicha sinovini oʻtkazdi.

Ushbu mavzuga doir video → youtu.be/mHit46BXGkg

Davlatning fazoviy gigantlari endigina tajriba oʻtkaza boshlayotgan bir paytda “xususiy kompaniyalar” ommaviy ishlab chiqarish jarayoniga allaqachon qoʻshimcha texnologiyalarni joriy qilmoqda. Yangi Zelandiyada joylashgan RocketLab kompaniyasi Electron raketasi uchun Ruterford raketa dvigateli elementlarini yaratish maqsadida 3D bosib chiqarishdan foydalanmoqda.

Yangi zelandiyaliklar dvigatel ishlayotgan vaqtda yonilgʻi aylanishi kerak boʻlgan yonish kamerasi va etagi bilan qoplangan purkagichni chop etishmoqda. Rutherford dvigateli avval stendda, soʻngra fazoviy parvoz paytida sinovdan oʻtkazildi. Raketaning birinchi parvozi aloqa tizimidagi nosozlik tufayli muvaffaqiyatsiz tugadi, ikkinchisi 2018-yil yanvarda muvaffaqiyatli amalga oshdi.

Ushbu mavzuga doir video → youtu.be/r2AeqINrTJo

Lekin katta raketalar bilan taqqoslaganda RocketLab dvigatelini mitti deb hisoblash mumkin, u taxminan 2,5 tonna itarish kuchi va 25 kilogramm ogʻirlikka ega. Ogʻirligi atigi 200 kilogramm boʻlgan foydali yukni orbitaga chiqarish uchun Electron raketasining birinchi bosqichida ushbu dvigatellardan toʻqqiztasi kerak boʻladi.

SpaceXʼning ogʻir yuk koʻtaruvchi Falcon 9 raketasida qoʻllanadigan sezilarli darajada kuchli Merlin dvigatellarida bir necha metall qismlarni tayyorlash uchun 3D bosma elementlardan foydalaniladi. Biroq ushbu dvigatelning asosiy qismlari anʼanaviy usullar – frezerlash, bosim ostida quyish, qaynoq holda shakll berish yordamida tayyorlanadi.

Metallni 3D bosib chiqarish usuli

NITU MISIS rangli metallar fanlari boʻlimi boshligʻi Aleksey Soloninning tushuntirishicha, plastik bosma texnik jihatdan juda oddiy boʻlsa, siz shunchaki plastik “siyoh”ni qizdirishingiz kerak va detalni chop etishingiz mumkin. Metall mahsulotni chop etish uchun esa ehtiyotkorlik bilan tayyorlangan xomashyo talab qilinadi.

“Bu holda materiallarni chop etish uchun tayyorlash ancha qiyin boʻlishi mumkin. Avvalo, metall bosib chiqarish uchun kukun zarralari har xil shaklda emas, bir xil oʻlchamda boʻlishi kerak. Zarrachalar sharsimon shaklga yaqin boʻlishi lozim, kukun esa yaxshi oqishi kerak. Yakuniy mahsulotning sifati koʻp jihatdan kukunning mana shu xususiyatlariga bogʻliq boʻladi”, – deydi u.

Metallni 3D bosib chiqarishning eng keng tarqalgan usuli lazerli sinterlash boʻlib, u 40-60 mikron oʻlchamdagi zarrachalar kukuni qatlam-qatlam boʻlib erib, quyilishidan iborat. “Bu qatlam juda tekis boʻlishi kerak, shuning uchun zarrachalar bir xil oʻlcham va shaklda boʻlishi juda muhim”, – deydi Solonin. Keyin lazer nurlari mahsulotning shaklini “chizadi” va lazer nurlari ostiga tushgan zarralar eriydi. Shundan soʻng keyingi qatlam quyiladi va shu tariqa detal qatlamlarda hosil boʻladi. Baʼzi hollarda lazer nurlari oʻrniga elektron nurlardan foydalanish mumkin.

Amerikaning Relativity Space startapi bu borada ilgarilab ketdi. Uning asoschilari toʻliq 3D bosilgan raketani ishlab chiqish niyatida. Kuka robot qoʻllari asosida maxsus ishlab chiqilgan 3D printer yordamida selektiv lazer sinterlash texnologiyasidan foydalangan holda yaratilgan qismlardan ommaviy foydalanish haqida gap ketmoqda. Loyiha mualliflariga koʻra, ular raketa qismlarining umumiy sonini 100 000 dan 1 000 tagacha kamaytirishga muvaffaq boʻlishgan, biroq bu ular bergan vaʼdalar ichida eng hayratlanarlisi emas. Startap toʻliq avtonom raketa zavodi yaratish niyatida va kelajakda Marsda birinchi boʻlib raketa chop etishga vaʼda bermoqda.

Relativity Space startapi odam ishtirok etmaydigan raketa zavodini qurish niyatida / Relativity Space 

Bugungi kungacha ular allaqachon 3D bosma yordamida Aeon dvigatelini ishlab chiqishdi va hatto NASA mutaxassislari yordamida uni sinovdan oʻtkazishdi.

Sunʼiy yoʻldoshlarni ishlab chiqarish sohasida qoʻshimcha texnologiyalardan foydalangan holda qismlarni ishlab chiqarish boʻyicha baʼzi tajribalar amalga oshirilmoqda. Xususan, Yevropa fazoviy agentligining buyurtmasiga asosan kichik parabolik antennalar, quyosh panellarini harakatga keltirish mexanizmlari, tasvir uzatish tizimi qismlari va kichik CubeSat sunʼiy yoʻldosh korpusi chop etilmoqda.

Bunday holda 3D bosmasi qurilmaning ogʻirligini yengillashtirishga imkon beradi, qismlarning umumiy sonini kamaytiradi, topologik optimallashtirishga asoslangan qismlarni loyihalashda yangi imkoniyatlar ochadi va simli halqalarni strukturaning devorlariga oʻrnatilgan tok oʻtkazuvchi liniyalar bilan almashtirishga imkon beradi.

3D usulida bosilgan quyosh batareyasini ochish mexanizmining bir qismi / ESA
3D usulida bosilgan sunʼiy yoʻldosh kamerasining namunasi / ESA
3D usulda bosilgan sunʼiy yoʻldosh antennasi / ESA

Hozircha bu mahsulotlar koinotga olib chiqilganicha yoʻq, lekin olingan natijalar kelajakda sunʼiy yoʻldoshlar sohasida qoʻllanishi mumkin.


Koinotda ham

Hozirgacha 3D usulda bosib ishlab chiqarishning rivojlanishiga fazoviy texnologiyalar ishlab chiqaruvchilarining konservatizmi toʻsqinlik qilmoqda. Darhaqiqat, yangi konstruktiv elementdan foydalanishni boshlash uchun uni Yerda bir nechta sinovlardan oʻtkazish, soʻngra koinotga olib chiqish va natijada yangi mahsulot oʻzidan avvalgi muqobillarga nisbatan foyda keltirishiga ishonch hosil qilish kerak. Shu sababli hozircha muhandislarga allaqachon sinovdan oʻtgan texnologiyalar va yoʻlga qoʻyilgan ishlab chiqarish zanjirlaridan foydalanish osonroq koʻrinmoqda.

Biroq shunday vaziyatlar boʻladiki, biz uchun zarur boʻlgan qurilmani mamlakatning turli hududlarida oʻnlab turli texnologiyalar yordamida ishlab chiqarilgan har xil qismlardan yigʻib boʻlmaydi. Shu bois XKS bortida allaqachon tegishli tajribalar oʻtkazilmoqda. U yerda ABS plastmassasi bilan chop etish uchun 3D printer mavjud. Uning yordamida fazogirlar bevosita orbitada turib yangi mahsulotlarni yaratishning asosiy imkoniyatini tasdiqlovchi aylanma kalitni muvaffaqiyatli bosib chiqarishdi.

Ushbu mavzuga doir video → youtu.be/6BAy2fiBElU

Ammo kelajakdagi sayyoralararo sayohatchilar uchun 3D bosib chiqarishdan foydalanish deyarli aniq boʻlib qoladi, chunki Yerdan kerakli vositani yetkazib berishni soʻrashdan maʼno yoʻq, axir uskunani soʻralgan manzilga yetkazib berish uchun bir necha yil kerak boʻladi.

Asteroidlarda qazib olish ishlarini olib borishni rejalashtirgan Deep Space Industries xususiy kompaniyasi 2013-yilda vaznsizlik holatida metallni chop eta oladigan 3D printerni ishlab chiqishni boshlagan edi. Xomashyo sifatida korxona metall asteroidlar tashkil topgan asosiy material – temir-nikel qotishmasidan foydalanishni maqsad qilgandi. Biroq bugungi kunda ushbu qurilmaga oid barcha maʼlumotlar DSI veb-saytidan olib tashlangan.

Asteroidlar bilan shugʻullanishni reja qilgan yana bir kompaniya Planetary Resources hamorbital ishlab chiqarish uchun fazoviy resurslardan foydalanishga umid qiladi. Kompaniya oʻziga xos tajriba oʻtkazdi va material sifatida kukun holatiga keltirilgan metall meteoritdan foydalangan holda Yerdagi laboratoriyada kichik qismni chop etdi.

Meteorit xomashyosidan bosib chiqarilgan gumbaz / Planetary Resources

Rossiyaning Anizoprint kompaniyasi kompozitlardan 3D bosib chiqarish texnologiyasini ishlab chiqmoqda va fazoviy kemalarning qismlarini orbitada bosib chiqarishni yoʻlga qoʻyishni rejalashtirmoqda. Yana bir rus startapi, 3D Bioprinting Solutions kompaniyasi XKSning Rossiyaga tegishli qismida tana toʻqimalarining bioyetishtiruvi bilan tajriba oʻtkazishni rejalashtirmoqda. Taxminlarga koʻra, tortishish kuchining yoʻqligi sharoiti barqaror uch oʻlchovli tuzilmalar va toʻliq toʻqimalar, hattoki Yerdagi gravitatsiya sharoitida yaratib boʻlmaydigan organlarni yetishtirishga imkon beradi. Hozirda tajriba Yerda tayyorgarlik bosqichida turibdi, parvoz 2018-yiningl oktabr oyiga moʻljallangan.

Yer yuzida 3D printerlar nafaqat kichik mahsulotlarni, balki butun boshli uylarni ham qurishga qodir boʻlib bormoqda. Shunga oʻxshash tajribani Yerdan tashqaridagi aholi punktlari yoki ilmiy markazlarni yaratishda qoʻllash taklif etilmoqda. AQSh, Rossiya va boshqa mamlakatlarda bu borada oʻziga xos ishlanma va tajribalar olib borilmoqda.

Yevropa korxonasi boʻlgan Foster and Partners ESA buyurtmasiga asosan regolitdan bosib tayyorlangan Oy bazasini loyihalash boʻyicha ishlarni olib bordi. Taklif etilayotgan texnologiyaning tasdigʻi sifatida kompaniya D- Shape qurilish printeri yordamida vulqon bazaltidan bitta blokni bosib tayyorlashni buyurdi.

Ushbu mavzuga doir video → youtu.be/pk9PWUGkz7o

Professor Aleksandr Gromovning qayd etishicha, 3D bosib chiqarish texnologiyasi boshqariladigan sayyoralararo ekspeditsiyalarda katta talabga ega boʻladi, chunki bu texnologiya yordamida har qanday narsani yasash mumkin. “Yagona qiyinchilik shundaki, hamma narsadan yoki boshqacha qilib aytganda, geterostrukturali va geterogen materiallardan, yaʼni tuzilishi va tarkibi boʻyicha turlicha boʻlgan materiallardan chop etadigan printer hozircha yoʻq”, – deydi u.

Uning soʻzlariga koʻra, ayni paytda NITU MISIS kompaniyasi shunday printerni yaratish loyihasini amalga oshirmoqda. Ehtimol, birmuncha vaqt oʻtgach, biz buni amalda koʻrib qolarmiz.


Muallif: Vitaliy Yegorov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “В космос со своим принтером. Станет ли 3D-печать главной технологией для внеземных строителей” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: freepik.com

Matnda xato topdingizmi? Kerakli matnni belgilang va CTRL+ENTER tugmalarini bosing.

Eng so‘nggi maqolalarni o‘tkazib yubormang!
Telegram kanalamizni kuzatib boring!