Historie využití a dopadu 3D tisku v nových vesmírných společnostech

Datum 21.10.2021

Foto: NASA

Výhody 3D tisku jsou dobře zdokumentovány. Tato technologie umožňuje vytvářet výrobky na místě, kde jsou potřeba. Pomáhá řešit problémy s efektivitou, díky čemuž se dodavatelské řetězce plynule posouvají vpřed. To může mít obrovský dopad na snížení zdrojů a času potřebného k výrobě výrobků.

Kosmické společnosti využívají 3D tisk, bežně známý jako aditivní výroba, již větší část posledního desetiletí, počínaje vývojem 3D tištěné části raketového motoru SuperDraco společností SpaceX v roce 2013.

Tento článek sleduje historii využívání 3D tisku v nových kosmických společnostech. Ke konci článku se podíváme také na další pokročilou výrobní techniku, kterou tyto společnosti používají: vysokotlaké lití pod tlakem.

Definice 3D tisku

Nejprve si připomeňme, co technologie 3D tisku zahrnuje. Definici 3D tisku nelze hledat jinde než u mistrů 3D tisku, společnosti Autodesk.

Autodesk definuje 3D tisk jako “proces, při kterém jsou fyzické objekty vytvářeny ukládáním materiálů ve vrstvách na základě digitálního modelu”. Stejný zdroj dodává, že “technologii 3D tisku lze využít k vytváření všeho od prototypů a jednoduchých dílů až po vysoce technické finální výrobky, jako jsou součásti letadel …, ekologické budovy, život zachraňující lékařské implantáty a dokonce umělé orgány využívající vrstvy lidských buněk”.

Autodesk uvádí tři základní metody používané při výrobě předmětů pomocí 3D:

  • Tavené vlákno (Fused filament fabrication, FFF): Tato metoda se používá hlavně při výrobě spotřebních výrobků a spočívá v zahřívání a vytlačování plastového materiálu ve vrstvách, které tvoří požadovaný výrobek. Nazývá se také fused deposition modeling (FDM).
  • Stereolitografie (SLA): Používá UV světlo k vytvrzení nebo vytvrzování vyvýšenin, jednu vrstvu po druhé.
  • Selektivní laserové slinování (SLS): Spojuje práškové materiály pomocí laseru, vrstvu po vrstvě.

Proč se vesmírní výrobci obracejí k 3D tisku

Poskytovatel softwaru pro aditivní výrobu, společnost AMFG, poskytuje několik informací o dopadu 3D výroby v oblasti vesmírného cestování. Společnost uvádí, že “výrobci kosmických lodí stojí před výzvou urychlit vývoj a výrobu raket a zároveň snížit náklady a zvýšit efektivitu”.

Společnost AMFG uvádí, že tradiční proces výroby raket zahrnuje několik cyklů výroby prototypů a fází výroby, což je nákladné a časově náročné. Stejný zdroj uvádí, že 3D výrobní proces může zkrátit dobu výroby dílů z tradičních 14 týdnů na pouhých několik týdnů, což výrobcům přináší výraznou úsporu času a nákladů. 3D výroba také zajišťuje přesnost dílů, což je při použití tradičních výrobních metod náročný úkol.

Nákladní kosmická loď na nízké oběžné dráze Země. Foto: NASA

První 3D tištěná součástka ve vesmíru

Elon Musk založil společnost SpaceX v roce 2002. Jeho cílem bylo snížit náklady na cesty do vesmíru, aby lidé mohli nakonec kolonizovat Mars. Podle společnosti SpaceX by toho bylo dosaženo pomocí “opakovaně plně použitelných nosných raket, které budou nejvýkonnější, jaké kdy byly vyrobeny, a budou schopny dopravit člověka na Mars a další místa ve sluneční soustavě”.

Praktičnost využití 3D tisku k výrobě raketových dílů potvrdila skutečnost, že ventil fungoval podle požadavků i v náročných podmínkách, včetně extrémně nízkých teplot. Společnost SpaceX využívá technologii 3D tisku také k výrobě dalšího příslušenství, například přileb. Podle webu 3Dnatives.com “každá helma obsahuje hledí, ventily, zámky a mikrofony”.

Blue Origin: Významné investice do 3D tisku

Blue Origin je výrobce letecké techniky, který založil zakladatel společnosti Amazon Jeff Bezos. Společnost byla založena v roce 2000 v Kentu ve státě Washington. “Jsme odhodláni vybudovat cestu do vesmíru, aby naše děti mohly budovat budoucnost,” uvádí se v poslání společnosti.

Blue Origin také uvádí, že své poslání naplňuje tím, že vyvíjí “částečně a plně opakovaně použitelné nosné rakety, které jsou bezpečné, levné a slouží potřebám všech civilních, komerčních a obranných zákazníků”.

Důležitou součástí zajištění toho, aby se levné a bezpečné výrobky společnosti Blue Origin pro cesty do vesmíru staly normou, je technologie 3D tisku. Server 3DPrintingIndustry.com cituje prezidenta společnosti Blue Origin Roba Meyersona, který říká, že jeho společnost “do 3D tisku významně investovala”. A dodává: “Jsme pro to, abychom přijímali nové technologie a plně využívali jejich možností.”

Portál 3DPrintingIndustry.com rovněž uvádí, že Meyerson v prezentaci názorně ukázal, jaké výhody v oblasti úspory času a nákladů přináší 3D tisk ve srovnání s tradičními metodami odlévání. V prezentaci Meyerson předvádí díl, jehož výroba pomocí 3D tisku trvala tři měsíce. Při použití tradičních metod odlévání trvá výroba stejného dílu více než 12 měsíců.

3D tištěný motor, který dopraví první ženu na povrch Měsíce

V prosinci 2020 přinesl server 3Dprint.com zprávu, že “společnost Blue Origin vytvořila třístupňový přistávací modul, který by mohl do roku 2024 dopravit na povrch Měsíce první ženu a dalšího muže.”

Vzrušující je, že motor BE-7 pohánějící systém lunárního modulu byl vyroben pomocí 3D technologie. To potvrzuje i Bezos, který říká: “BE-7 je vysoce výkonný, aditivně vyráběný lunární přistávací motor na kapalný vodík / kapalný kyslík s tahem 44 kN – s hlubokým škrcením až na 9 kN pro přesné přistání na Měsíci.”

To ale není všechno. Bezos prostřednictvím videa na Instagramu oznámil, že “toto je motor, který dopraví první ženu na povrch Měsíce”. Podle deníku Washington Post tou ženou měla být Wally Funková, která v roce 1961 přišla o možnost letět do vesmíru, protože “NASA neměla žádný program pro ženské astronautky”. Funková sice na povrchu Měsíce nepřistála, ale nakonec dostala šanci cestovat do vesmíru 20. července 2021. Bylo jí 82 let. Funková byla jednou ze tří pasažérů, kteří cestovali s Bezosem v rámci letu, který společnost Blue Origin nazvala “prvním letem s lidskou posádkou”.

Vypuštění plně 3D tištěné rakety na oběžnou dráhu

Relativity Space je vesmírná společnost založená v roce 2015. Jejím cílem je být “první vesmírnou společností, která úspěšně vynese na oběžnou dráhu raketu plně vyrobenou 3D tiskem”.

Co však “plně 3D tištěná raketa” znamená ve skutečnosti? Odpověď má Denrie Perezová, která píše pro Engineering.com: “Společnost Relativity Space automatizuje téměř celý výrobní proces, od motorů až po trup.”

Perezová dodává, že 3D tisk umožnil společnosti Relativity Spce rychle upravovat své návrhy. Poznamenává, že aby společnost porazila konkurenty, jako je SpaceX, musí prodávat rakety přizpůsobené na míru konečnému klientovi. “Využití 3D tisku by společnosti umožnilo opakovaně upravovat kapsule tak, aby vyhovovaly jakémukoli druhu družice,” píše.

Forbes.com cituje generálního ředitele společnosti Relativity Space Tima Ellise, který říká, že “díky 3D tisku jsme schopni vyrábět rakety rychleji, v menší a štíhlejší továrně a s menším počtem procesů.”

Dne 8. června 2021 Alex Knapp ze serveru Forbes.com uvedl, že společnost Relativity Space získala 650 milionů dolarů v rámci investic rizikového kapitálu. Uvádí, že “kapitál je zaměřen na urychlení vývoje rakety Terran R, která bude kompletně vyrobena 3D tiskem a bude schopna nést větší náklad než raketa Falcon 9 Elona Muska”.

Další vesmírné společnosti využívající 3D tisk

Vzhledem k výhodám 3D tisku v oblasti kosmonautiky není překvapivé, že každá seriózní kosmická společnost zřejmě něco dělá pro výrobu dílů pomocí této technologie.

Michael Petch, píšící pro server 3DPrintingIndustry.com, uvádí, že prezident a generální ředitel společnosti Virgin Galactic George Whitesides mu během rozhovoru sdělil, že cílem společnosti “je zkrátit dobu potřebnou k výrobě našich motorů z mnoha měsíců na případně týdny”. Petch naznačil, že 3D bude hrát při plnění tohoto cíle zásadní roli.

Rocket Lab je společnost zabývající se vesmírnými cestami, kterou časopis MIT Technology Review popsal jako “malou firmu, která zahájila vesmírnou revoluci v oblasti 3D tisku”. Společnost založil Peter Beck v roce 2006.

MIT technology review uvádí, že “dosud úspěšně odstartovalo šest raket [Rocket Lab] – každá z nich je vybavena devíti Rutherfordovými motory, které jsou vytvořeny převážně pomocí 3D tisku z kovu, stejně jako řada dalších prvků na palubě”.

Je zde prostor pro jiné metody?

Přestože se nové kosmické společnosti prosazují s 3D technologiemi, zdá se, že v tomto odvětví mají stále prostor i jiné metody, které se používají již odedávna. Příkladem technologie, která se používá již mnoho let, ale je stále aktuální, je vstřikování plastů.

Důkazem toho, že tyto metody mají stále budoucnost, je nedávná nabídka práce od společnosti SpaceX, která uvádí, že společnost přijímá inženýry a techniky znalé příslušných technologií.

V inzerátu se uvádí, že tito inženýři a technici budou “úzce spolupracovat s našimi inženýrskými týmy v počátečních fázích vývoje procesu vysokotlakého lití a uvádění zařízení do provozu a řídit vývoj tlakového lití hliníku ve společnosti”.

Z úsilí a investic nových kosmických společností je zřejmé, že 3D tisk bude významnou součástí budoucnosti. Pro organizace, jako je NASA, může 3D tisk vyřešit problém s posíláním náhradních dílů na Mezinárodní vesmírnou stanici tím, že některé z nich bude možné vyrobit přímo na ISS pomocí 3D tisku.

Lauren Harris
zdroj: NASA, SpaceX, Blue Origin, 3DPrintingIndustry.com, Autodesk, AMFG, Moldie

Volty 700 x 200 px

Napsat komentář