Nyomtassunk rakétát 3D eljárással!

Nyomtassunk rakétát 3D eljárással!

Az additív gyártástechnológia még magasabbra tör

A határ a csillagos ég annak a kis Los Angeles-i startupnak, amely egy háznagyságú, egyedi 3D nyomtató építését tűzte ki célul. Ezzel akár egy űreszközt is lehet majd nyomtatni…

A Relativity Space céget két volt egyetemi csoporttárs, Tim Ellis és Jordan Noone alapította. A diploma megszerzése után Ellis a Blue Originnál, Noone a SpaceX-nél helyezkedett el. Mindkét cég neve jól cseng űrrepüléssel foglalkozó körökben, ahogy alapítóik (Jeff Bezos és Elon Musk) nevei is.

Ellis és Noone 2015-ben találkoztak újra és úgy döntöttek, hogy egy konkurens vállalkozást indítanak. Az alapítók egy új és ambiciózus cél meghatározásával különböztették meg cégüket a Blue Origintől és a SpaceX-től: ők szeretnének lenni az elsők, akik egy teljes rakétát 3D-nyomtatással állítanak elő.

A vállalat számos ismert forrásból, köztük Mark Cuban milliárdos befektetőtől kap pénzügyi támogatást.

Miért nyomtassunk rakétát?

A 3D nyomtatás ötlete sokkal többről szól, mint csak arról, hogy ez egy jópofa újdonság.

A nyomtatási eljárás drasztikusan csökkenti az alkatrészszámot, ezáltal növelve a szerkezet szilárdságát és stabilitását. További előny még az egyszerűbb összeszerelés, az ellátási láncok racionalizálása és a nagyobb alkotói szabadság az alkatrészek formáinak a kialakítása során.

Noone, a Relativity Space műszaki vezérigazgatója szerint a nyomtatás felgyorsítja azt a folyamatot, amelynek eredményeképpen egy tervből megszületik a konkrét, gyártható alkatrész. Ahhoz, hogy megvalósítsanak egy módosítást, nem kell éveket tölteni a gyár gépeinek átalakításával – elég a szoftvert módosítani!

Emellett megjegyezte, hogy az, hogy a Relativity Space kizárólagosan a nyomtatásra fókuszál, drasztikusan csökkenti a fix költségeket, mivel a cégnek nem kell foglalkoznia a hagyományos rakétagyártásban használt folyamatok és berendezések menedzselésével.

A legnagyobb 3D nyomtató

A „Rakétaember”, Jordan Noone a Stargate-ra, a cége által készített 3D-s nyomtatóra néz, amellyel terveik szerint az első, teljes mértékben ilyen eljárással készített űrhajót fogják megépíteni. A Stargate egy ipari robotkarral ív- és lézertechnológiát alkalmaz.

A Relativity Space jelenleg egy indító- és rakétamotort fejleszt, amelyet műholdas rendszerek telepítésére és utánpótlás-ellátására szeretnének felhasználni. A Terran 1 nevű indítójármű egy egyszer használatos, kétfokozatú rakéta lesz.

A rakéták elkészítéséhez a Relativity Space két nyomtatási technológiát használ. Az egyik a közvetlen fém lézeres szinterelés (DMLS), amellyel kifinomultabb, kisebb alkatrészek állíthatók elő. A vállalat már használta a DMLS-t az Aeon 1 rakétamotor számos prototípusának előállítására, mely szerkezet körülbelül 100 különböző alkatrészt tartalmaz.

 

Nyomtatás nagy méretben

Noone szerint a porágyas nyomtatási technológiák, mint például a DMLS, egyre gyakoribbak a repülőgépiparban. Megjegyezte azonban, hogy a DMLS nyomtatók túl kicsik és a technológia túl korlátozott ahhoz, hogy egy teljes rakétát lehessen így előállítani.

Azt mondta, egyes szervezetek ugyan foglalkoztak a nagy méretű nyomtatás kihívásaival, ám soha nem fejlesztettek ki olyan technológiát, hogy olyan minőségű és komplexitású alkatrészeket legyenek képesek nyomtatni, amelyekre rakéták esetében szükség van.

A célnak megfelelő, nagyméretű 3D nyomtató hiánya miatt határozta el a Relativity Space, hogy ezt fogja megvalósítani. A berendezést Stargate-nek hívják, és alkotói szerint a maga nemében a legnagyobb a világon.

A nyomtatórendszer egy kocka alakú szerkezetben helyezkedik el, melynek oldala körülbelül 6 méter. Mivel 2,7 m átmérőjű és akár 4,5 m magas alkatrészek előállítására is képes, a Stargate-tel fogják az összes üzemanyagtartályt és a körülbelül 30x30x30 cm-nél nagyobb méretű rakéta alkatrészeket legyártani.

Noone eredetileg 2016 elején rukkolt elő a Stargate tervével. A Relativity Space ezután bérelt fel egy tervezőcsapatot a nyomtató fejlettebb változatának a kifejlesztésére.

„Az volt a célunk, hogy olyan nyomtatót fejlesszünk ki, amely úgy egyszerűsíti a szerelvények gyártását, hogy egy darabban állítja elő őket.” –  nyilatkozta Noone, aki a fejlesztési csapat vezetője. „Olyan nyomtatót terveztünk, amely ideális a rakétaindító járműveink számára. Ez egy hosszú, vékonyfalú cső, egyedi anyagtulajdonságokkal és speciális kritériumoknak kell megfelelnie.”

A világ legnagyobb 3D-s fémnyomtatójának megalkotása, fejlesztése különféle területeken igényelt szaktudást. „Olyan szakterületekkel kellett szembenéznünk, mint a fizika, metallurgia, vezérlések, gépi betanítás, Big Data és CAM.” – mondta Noone. Mivel a Stargate-hez hasonló berendezést még soha nem építettek, „nem volt sem tudásbázis, sem korábbi kutatási eredmények, amelyekre támaszkodhatnánk.”

 

Az EBAM nem megfelelő eljárás…

Az egyik elvetett nyomtatási eljárás az elektronsugaras additív gyártástechnológia (EBAM®) volt, amelyhez vákuumkamrára van szükség. A tervezők úgy ítélték meg, hogy ez lehetetlenné teszi egy nagy nyomtató kialakítását. Emellett a Relativity Space elsősorban alumíniumötvözetek nyomtatását tervezi, amelyek vákuumban felforrnak.

Viszont az EBAM-hoz hasonlóan a Relativity Space a nyomtatójába huzal alapanyagot használ. A nyomtatási folyamat során az anyag leolvasztásához és összeolvasztásához a Stargate nagy teljesítményű lézer- és plazmaíves technológiát alkalmaz. Vákuumkamra nem szükséges, mivel mind az ívhegesztő-, mind a lézerberendezések normál légköri nyomáson működnek.

A kombináció azt is lehetővé teszi, hogy a Stargate szabályozza a bemenő hőteljesítményt az alkatrészek megfelelő tulajdonságainak és geometriáinak előállításához, magyarázta Noone.

A Stargate szabadalmaztatott nyomtatási rendszere egy ipari robotkarból áll, amely az ív- és lézer leolvadási technológiát alkalmazza. Szenzorok hálózata veszi körül a rendszert, és folyamatosan gyűjti az adatokat, gondoskodva a valós idejű ellenőrzésről annak biztosításához, hogy a nyomtatás a kívánt pontossággal történjen.

Mindegyik nyomtatási folyamat körülbelül 10 Terabyte adatot generál, amelyet a Relativity Space egy-egy munkamenet után kielemez a folyamatirányítás javításának érdekében.

A felrakófejjel rendelkező robotkar mellett a Stargate „kocka” két másik robotkarral is rendelkezik, amelyeket helyben történő utófeldolgozásra használnak. A nyomtatási folyamat során ezeket a karokat finom felületmegmunkáláshoz használják az alkatrész bizonyos területein.

A Terran 1 fejlesztése során a Relativity Space többféle anyag (korrózióálló acél és a nikkelötvözetek) nyomtatásával is kísérletezni kezdett. Bár jelenleg főként az alumíniumötvözetekre összpontosítanak, a Stargate bármilyen hegeszthető anyagot és egyes nem hegeszthető anyagokat is képes nyomtatni, melyek jól reagálnak a folyamatra.

A 3D nyomtatás lehetővé tette a Relativity Space számára, hogy a dizájn módosítása könnyebben kivitelezhető legyen, kevesebb szerszámra és munkára van szükség, mint általában a hagyományos rakétafejlesztésnél.

A nyomtatásnak köszönhetően a Terran 1 kialakítása kevesebb mint 1000 alkatrészt tartalmaz, szemben a hagyományos rakéták közel 100 000 alkatrészével, – mondta Noone, hozzátéve, hogy a Terran ellátási lánca is sokkal egyszerűbb lesz.

 

Ambiciózus menetrend

A Relativity Space célja, hogy a hordozók legalább 95 tömegszázalékát nyomtatással állítsa elő, és a részelemek nagyjából felét a Stargate-tel, másik felét a DMLS eljárással készítse. A gyártási folyamatra a nyersanyagtól a repülésre kész rakétáig kevesebb mint 60 napot terveznek.

A cég a Mississippiben található Stennis Űrközpontban teszteli fejlesztéseit: az Aeon 1 hajtóművel több mint 100 kilövési próbát végeztek már el. Mindemellett a Relativity Space rakétaindító állást fog építeni és üzemeltetni Cape Canaveral-ban. Innen tervezik indítani az első Terran rakétát 2020-ban. Programjukat ezután kereskedelmi műholdas rakétaindítási szolgáltatással szeretnék bővíteni.

rakétanyomtatás additív technológiűval

A Relativity Space egy DMLS 3D nyomtatót használ a Terran hajtóművének (a képen) felépítéséhez, mely kevesebb mint 100 részből áll, és további kisebb alkatrészek megépítéséhez. A szabadalmaztatott Stargate 3D-s üzemanyagtartályokat és más nagy alkatrészeket nyomtat.

Ezen túlmenően a Relativity Space célja, hogy elsőként olyan rakétát nyomtasson és indítson, amely a Marsra megy. „A vállalat távlati terve, hogy hozzájáruljon az emberiség jövőjének építéséhez az űrben, amelynek első lépése a rakétákkal valósul meg” – mondta Noone.

Ami a Stargate-et illeti, a cégnek most négy nagy nyomtatója van, amelyek hamarosan az első Terran rakéta alkatrészeit fogják gyártani. Noone és csapata azonban továbbra is a dizájn fejlesztésén dolgozik, és olyan területekre összpontosítanak, mint például az alkatrészek szilárdságának növelése a súlymegtakarítás érdekében, és tovább csökkenteni a rakéta alkatrész darabszámot. Ez utóbbi még azt is jelentheti, hogy a Stargate még nagyobb lesz.

„A rakétánk mintegy 105 láb (36,54m) magas és több darab összeszerelésével állítjuk össze. Látunk egy jövőt, ahol egyszerre több rakétát tudunk előállítani.” – mondta Noone, tovább csökkentve az alkatrészek számát és az összeszerelést.

Hiába válik egyre tökéletesebbé a Stargate, Noone szerint sem ő, sem csapata soha nem lesz elégedett alkotásukkal. „Nem tudom, hogy valaha fogjuk-e ’késznek’ tekinteni.”

CLOOS additív technológia

A CLOOS is rendelkezik 3D nyomtatásra alkalmas eljárással!

A nemrég lezajlott CLOOS Hegesztési Workshop ’19 című rendezvénysorozatunkon a 100 éves Carl CLOOS Schweisstechnik GmbH alkalmazástechnikusa, Jan Pitzer úr, részletesen beszámolt az új fejlesztésű MoTion Weld eljárásváltozatról, mely szabályzott rövidzárlatos hegesztéstechnológia, irányváltó huzaladagoló rendszerrel.

A MoTion Weld magában foglalja a klasszikus, rövidzárlatú Control Weld hegesztőeljárás tulajdonságait és egy olyan huzaladagoló rendszert, amely nagy frekvencián képes a huzalelektródát előtolni és visszahúzni (a kisülés pillanatában). Így a rövidzárlat finomabban megszakítható és kevesebb energia szükséges, mint az általános rövidzárlatos, huzalelektródás eljárásoknál.

CLOOS MoTion Weld eljárásváltozat
Az alacsony hőbevitelnek és nagy hegesztési sebesség esetén kis mennyiségű/minimális fröcskölésnek köszönhetően stabil az eljárás, így jól alkalmazható vékonylemezek esetében is. A rendkívül stabil eljárás nagy résáthidaló képességgel rendelkezik.

A MoTion Weld alkalmazhatóságát más oldalról is megvizsgálták a CLOOS alkalmazástechnikusai. Arra a következtetésre is jutottak, hogy egy, még kiaknázatlan területen is használható lehet a jövőben: ez pedig az additív technológia. Már különböző „tesztdarabok” is készültek a CLOOS alkalmazástechnikai laborjában. Egyenlőre mindenkinek a fantáziájára bízzuk, hogy a gyártásban milyen segítséget adhat ennek a technológiának az alkalmazása.

A CLOOS újdonságairól az előadások videókkal kiegészítve erre a linkre kattintva letölthetők.

A CLOOS is rendelkezik 3D nyomtatásra alkalmas eljárással!

FELIRATKOZÁS

Az iparági és céges hírekről, ajánlatokról...

ELÉRHETŐSÉGEK

2142 Nagytarcsa,
Alsó Ipari krt. 6., G épület

Telefon: +36 28 200 280
Szerviz hotline: +36 20 365 2447

E-mail: info@cloos.hu
Részletes elérhetőségek: Kapcsolat

GINOP banner
GINOP banner

Pin It on Pinterest

Share This