Katmanlı imalattaki gelişmelerle birlikte uydulardaki 3D baskılı parçaların sayısı artıyor. Uydu mağazaları, giderek daha yetenekli uzay araçları için maliyetleri düşürmek ve üretimi hızlandırmak için teknolojiyi benimsiyor. Gelişmeler, uyduların yörüngedeki parçaları yazdırabileceği bir geleceğin yolunu açıyor. Ancak endüstri, tüm uyduları 3D yazdırmaya ne kadar yakın?
Bu zor bir soru, çünkü bir uydudaki parça sayısı, boyutuna ve karmaşıklığına bağlı olarak büyük ölçüde farklılık gösteriyor ve basit temel yapılardan karmaşık yarı iletkenlere kadar değişiyor.
Eklemeli üretim uzmanı CEO'su Emile de Rijk, yeni başlatılan 10 milyar dolarlık James Webb Uzay Teleskobu gibi amiral gemisi misyonları için "Cubesat parçaları yüzlerce bileşende numaralanabilirken daha büyük uydular on binlerce ila yüz binlerce arasında değişebilir" dedi. İsviçre'ye12.
Ancak sadece beş yıl önce, de Rijk'e göre, "3D baskılı yapıların kullanımı, büyük ölçüde deneyseldi ve görevlerde ve sağlıklı bir risk iştahına sahip yüklerde çok az parça uçuruldu".
Şimdi, bugün inşa edilen neredeyse tüm uyduların en azından bazı 3D baskı parçalarına sahip olduğunu söylüyor, ancak çoğu hala bir uzay aracının yapısını bir arada tutmak için nispeten basit mekanik parantez sistemleri.
Maxar Technologies için, 2020'de tipik bir uzay aracındaki bileşenlerin kabaca üçte birini oluşturan eklemeli olarak üretilen bileşenler, inşa ettiği tüm uydular için bir standart haline geldi.
Maxar'ın bir uyduda kullandığı ilk 3D baskılı metal parça titanyum alaşımından yapıldı ve 2016'da Japonya'daki Sky Perfect JSAT için inşa edilmiş bir iletişim uydusu olan JCSAT-15'te fırlatıldı. Maxar, o zamandan beri fırlatılan 20'den fazla uyduda alüminyum, titanyum ve plastikten katkılı olarak üretilmiş parçalar kullandı - yörüngede toplam 5,800 bileşen.
Maxar uzaydan sorumlu kıdemli başkan yardımcısı Chris Johnson, "Maxar, uzay üretimi için 3D baskıyı kullanıyor çünkü program çevikliğini iyileştiriyor, maliyetleri düşürüyor ve performansı artırıyor" dedi.
"Genellikle birden fazla amaca hizmet eden, kütleyi, donanım sayısını ve genel bileşen karmaşıklığını azaltan 3D baskılı bileşenleri üretmek için daha az insan ve daha ucuz malzeme gerekiyor."
Boeing Defence, Space & Security'de katmanlı üretim baş mühendisi Rich Aston, şirketinin yüksek performanslı ısı eşanjörleri, mekanizmalar, yapılar ve pasif mikrodalga cihazları dahil olmak üzere uzay aracı ve fırlatma aracı alanlarında katmanlı üretim teknolojisi uyguladığını söyledi.
Aston, 3D baskının Boeing'in "teknoloji perspektifinden mümkün olanın sınırlarını zorlamasına, yeni tasarımlar yaratmasına, hızla prototip oluşturmasına, test etmesine ve mantıklı olduğu yerde yeni teknolojiyi devreye almasına" yardımcı olduğunu söyledi.
Boeing, özellikle 3D baskının sistemleri yörüngeye her zamankinden daha hızlı yerleştirmek için özellikle uygun olduğunu kanıtladığı küçük satış pazarına odaklanan Millennium Space Systems yan kuruluşu için bu yeteneği artırmaya çalışıyor.
Küçük işletmeler için Aston, şirketin "3D baskılı otobüslerin üretim için çok daha hızlı bir döngü süresi sunduğunu ve geleneksel otobüs yapılarından yaklaşık %30 daha az maliyetli olduğunu gösterdiğini" söyledi.
SONRAKİ ADIM
De Rijk, mekanik braketler gibi basit yapıların 3D baskı termal yönetimi, radyo frekansı (RF) ve diğer daha karmaşık bileşenlere kadar bir uydu üzerinde "oldukça büyük bir adım" olduğunu söyledi.
Örneğin yarı iletken endüstrisi, modern teknolojileri destekleyen giderek daha güçlü çipleri küçültmek için son 40 yılda yüz milyarlarca dolar yatırım yaptı.
Swissto5 büyüme sorumlusu Peter Guggenbach, "12D baskı [tamamen] farklı bir dünyada işliyor" dedi.
Guggenbach, seçici lazer eritme teknolojisini kullanan gelişmiş 3D baskı makinelerinin 50 mikrometre hassasiyet aralığında olduğunu veya en iyi yonga üreticilerinden 10,000 kat daha az hassas olduğunu söyledi.
Northern Sky Research analisti Dallas Kasaboski'ye göre, uydu standardizasyonunun olmaması da 3D baskının sunduğu ölçek ekonomilerini sağlamanın önünde bir engel. “Şimdilik çoğunlukla daha küçük uydular için bir trend, daha büyük uyduların farklı gereksinimleri var, ve uydular henüz bundan büyük ölçüde yararlanabilecek bir düzeyde standartlaştırılmamışken, muhtemelen oldukça basit (okunur: tekrarlanabilir) bir roket motorunu 3D olarak yazdırmak gibi değil, ”dedi Kasaboski e-posta yoluyla.
"Ancak, üretim sürecini düzene sokmak için çalışmalar devam ediyor, bu nedenle ilerledikçe daha fazla donanımın 3D olarak basılması mümkün."
DAHA FAZLA BARİYER
Küçük ölçekli üreticiler için bile, 3D yazıcılarla parça üretmek, bir insan operatörün makul miktarda müdahalesini gerektirebilir, bu da potansiyel olarak maliyetlerden tasarruf etmek yerine maliyetleri artırır.
Smallsat uzmanı NanoAvionics, şirketin baş teknoloji sorumlusu Ernestas Kalabuckas'a göre, test ve prototipleme için çoğunlukla 3D baskı kullanıyor.
Şirketin mirası olan uydu otobüslerinin bazı bölümleri 3D olarak basılmış olsa da Kalabuckas, "hala tüm mimarinin küçük bir bölümünü oluşturuyorlar" dedi.
En büyük engelin maliyet olduğunu söyledi, çünkü iyileştirmelere rağmen, 3D baskılı metal parçalar, büyük ölçekte yapılmadıkça aşırı derecede pahalı.
"Bunu başarmak için, her biri birçok özdeş parçaya sahip en az yüz uydu ve zaten 3D baskı için optimize edilmiş uydu tasarımı/mimarisi ile daha büyük takımyıldızlara bakıyor olacağız" dedi e-posta yoluyla.
Uçuş mirası başka bir büyük engel teşkil ediyor çünkü katmanlı imalata geçiş, uzay-kaliteli parçaların yeniden tasarlanmasını ve daha sonra daha geniş kullanıma sunulmadan önce yörüngede test edilmesini gerektirecek.
Kalabuckas, "Risk, zaman ve maliyet, 3D baskıya hızlı geçişi haklı çıkarmaz," dedi.
"Ancak, şu an için uydu üretimi için büyük bir maliyet tasarrufu olmasa da, önümüzdeki 5-10 yıl içinde değişebileceği için alanı araştırıyoruz."
ZARFI İTMEK
Swissto12, geçen yıl Avustralyalı yeni kurulan Fleet Space Technologies'e, küçük uydular için ilk metal 3D baskılı yama antenlerini sunmasına yardımcı oldu.
Haziran ayında düşük Dünya yörüngesine fırlatıldıktan sonra Fleet Space takımyıldızındaki altıncı ve en son uydu olan Centauri 4, bu antenlerden dördüne sahip.
Uydularını karasal ağların erişemeyeceği alanlardaki cihazları bağlamak için kullanan Fleet Space'e göre, 3D baskılı antenler, uzay aracının kilogramı başına 10 kat daha fazla kazanç elde etmesini sağladı.
Aralık ayında, B Serisi yatırım turunda 26 milyon doları aşan bir artıştan kısa bir süre sonra, başlangıç, tamamen 3D baskı ile oluşturulan ilk uyduları içereceğini söylediği ikinci nesil bir takımyıldızı için planlarını açıkladı.
Alpha adlı bu yükseltilmiş takımyıldızdaki ilk küçük uydular, şu anda yörüngede olan altı Centauri küp uydusuna katılmak için 12 ay içinde fırlatılmaya hazır olmayı hedefliyor.
Fleet Space'in kurucu ortağı ve CEO'su Flavia Tata Nardini, duyurunun bir parçası olarak yaptığı açıklamada, "Alfa ileriye doğru atılmış büyük bir adımı temsil ediyor ve ilk kez bir uydu tamamen 3D baskı yoluyla oluşturuldu." Dedi.
3D baskının şu anda üretebildiği şeyler göz önüne alındığında, planlar uzay endüstrisinde şüphe uyandırdı.
Swissto3'den Guggenbach, “Önümüzdeki yıllarda güçlü yarı iletkenlerin 3D basılması pek olası değil, bu nedenle uydunun her zaman 12D basılmamış parçaları olacak” dedi.
Ancak, Güney Avustralya'nın yerel hükümetinden yaklaşık 14 milyon dolarlık yatırımla Fleet Space, başarıya ulaşmak için ülkenin Adelaide'deki ilk özel uzay üretim merkezini kuracağını söyledi.
Nardini anlattı SpaceNews bu fabrikanın cesur takımyıldız hedefleri için birkaç milyon dolarlık 3D baskı makinesini içereceğini söyledi.
Bir LinkedIn mesajıyla, "3D baskı için aslında her şeyden çok [daha] karmaşık olan (geometri çok karmaşık) RF öğelerine (antenler, vb.) odaklanmaya başladık ve artık bunlar üzerinde bir patentimiz var" dedi.
"Ardından yapıya, iki yönlü yazıcılara geçtik ve şimdi tüm elektronik elemanlara geçiyoruz."
Alpha uydularında planlanan yarı iletkenler, şu anda daha geniş pazardaki en küçük çipler kadar “o kadar karmaşık değil”, ancak “aslında gelecek için daha güçlü çipler planlıyoruz” dedi.
Fleet Space'in 64 Aralık tarihli duyurusuna göre, her Alpha uydusu 3'e kadar 3D baskılı antene sahip olacak.
ÖNÜNDE ZOR YOL
Yüksek performanslı uyduları bir bütün olarak basmak için aşılması gereken teknik engeller oldukça büyüktür ve potansiyel olarak yeni eklemeli üretim süreçleri gerektirir.
Northern Skies Research'ten Kasaboski, mevcut endüstriyel 3D baskıyı, bir seferde bir metin satırı basan 1990'lar dönemi yazıcısına benzetti.
"Ya da başka bir metafor kullanmak gerekirse, bir pastaya krema katmanları eklemek gibi," dedi. “Malzeme yazıcıda işlenir ve şeritler halinde ileri geri, tekrar tekrar serilir. Başka yöntemler de var, ancak benzer bir sonuca varıyorlar.
“Yani, yapıları, benzersiz şekilleri, kalıpları ve modelleri basabilirsiniz, ancak genellikle çalışan 'şeyleri' basamazsınız. Özel malzeme kullanırsanız, elektriksel veya manyetik olarak iletken veya başka bir şey yazdırabilirsiniz, ancak bu, çalışan bir fotovoltaik hücreyi yazdırmaktan çok farklıdır.”
Bununla birlikte, bir gün yörüngede potansiyel olarak özerk olarak uydular inşa edebilmenin cazibesi, mümkün olanın sınırlarını zorlamak isteyenler için yatırımları çekmeye devam edecek.
Dünya'da üreticiler, yerçekimi nedeniyle malzemeyi kendi üzerine katlar. Uzayda, ilk birkaç malzeme damlasının tam merkezde olduğu ve dönerken dışa doğru genişlediği bir uydu potansiyel olarak içten dışa inşa edilebilir.
Kasaboski, "Teorik olarak çok ilginç olabilir, ancak uygulama açısından burada henüz çok fazla zorlayıcı kullanım örneği olmadı" dedi.
"Ayrıca, teknoloji, yörüngede şöyle dursun, yerde de tam olarak standardize edilmemiş/kanıtlanmış değil."
Bu makale ilk olarak SpaceNews dergisinin Ocak 2022 sayısında yayınlanmıştır.
