3D 기술

Out of This World Tech : 항공 우주 산업에서 3D 프린팅의 흥미로운 역할

Out of This World Tech : 항공 우주 산업에서 3D 프린팅의 흥미로운 역할



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지난 몇 주 동안 배운 것이 있다면 3D 프린팅이 전 세계 거의 모든 산업을 혼란에 빠뜨리고 있다는 것입니다. 3D 프린팅은 우리가 옷을 디자인하고 생산하는 방식을 바꾸어 놓았습니다. 자동차 제조 및 배송 방식을 바꾸고 있으며 일부 주방에도 적용되었습니다. 집에있는 책상에 FDM 프린터가있을 수도 있습니다.

그럼에도 불구하고 재미와 혁신은 여기서 멈추지 않습니다. 2020 년 3D 프린팅 시장 동향에 대한 일반적인 심층 분석에서 3D Hubs는 적층 제조 산업의 증가하는 영향력을 분석합니다. 연간 적층 제조는 매년 24 %, 3D 프린팅 시장은 약 210 억 달러 전 세계적으로 달러. 보고서에서 언급했듯이 적층 제조에 대한 수요는 광범위한 새로운 기업가 정신과보다 효과적인 3D 프린팅 재료, 기술 및 기술로 인해 빠른 속도로 증가하고 있습니다.

아시다시피, 우리는 업계의 수많은 기업이 적층 제조를 채택하는 것을 보게되어 기쁩니다. 그러나 한 산업은 3D 제조의 혜택을 받아 인간이 국가 간, 달 및 그 너머를 여행 할 수 있도록 지원합니다. 아마도 항공 우주 산업이라고 짐작 하셨을 것입니다.

3D 프린팅을 넘어서

항공 우주 산업은 빠르면 1989 년에 3D 프린팅의 혜택을 받았으며, 향후 20 년에 걸쳐 신흥 기술의 채택이 힘을 얻고 있습니다. 항공 우주 산업의 3D 프린팅은 신발이나 자동차 제조만큼 화려하거나 이야기되지 않을 수 있지만, 신흥 기술이 가져온 변화는 결국 우리 종족이 새로운 행성을 식민지화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 우리는 우리 자신보다 앞서 가고 있습니다.

다른 많은 산업과 마찬가지로 3D 프린팅은 기업이 아이디어의 프로토 타입을 빠르게 만들거나 표준 제조 방법보다 훨씬 짧은 시간에 적은 비용으로 완전히 작동하는 부품을 만들 수 있기 때문에 매력적입니다. 하이퍼 커스터마이징을 통해 엔지니어는 잠재적 인 설계 문제 또는 수리 작업에 맞게 주문형 부품을 인쇄 할 수 있습니다. 요컨대, 값 비싼 부품을 이전보다 더 가볍고 안정적이며 빠르게 생산할 수있는 기회는 항공 우주 산업에서 지나칠 수있는 기회가 아닙니다.

에 기여 16% 2015 년 3D 프린팅의 전체 매출 중 적층 제조는 상업용 항공기 생산, 새로운 우주선 제작, 심지어 위성 생산을 지원하는 데 사용되고 있습니다. 오늘 우리는 적층 제조가 항공 우주 산업에 영향을 미치는 가장 흥미로운 방법 중 일부를 살펴볼 것입니다.

인간을 화성으로 데려가는 3D 프린팅 로켓을 만들 수 있습니다.

FDM 3D 프린터를 소유하고 있다면 다양한 물체를 3D 프린팅하는 데 셀 수없이 많은 시간을 보냈을 것입니다. 어쩌면 뒷마당 로켓 몇 개까지 도요? 표준 FDM 프린터는 프린터 노즐에 닿으면 녹는 열가소성 소재를 사용하여 주어진 인쇄 표면에 닿으면 즉시 냉각됩니다. 그러나 당신이 모르는 것은 금속을 포함한 다양한 재료를 인쇄 할 수 있다는 것입니다. 금속의 적층 제조는 수년에 걸쳐 엄청나게 발전한 기술입니다. 값 비싼 금속 부품 및 어셈블리의 생산은 NASA의 우주 프로그램과 SpaceX 또는 Virgin Orbit과 같은 민간 조직에 매우 매력적입니다.

실제로 NASA와 Virgin Orbit은 이미 3D 프린트 된 로켓 연소실 테스트를 시작했습니다. 초보자를 위해 Virgin Orbit은 자원을 사용하여 일반적으로 작은 위성을 우주로 운반하는 로켓을 공중 발사합니다. 최근 Virgin Orbit은 NASA의 전문가들에게 3D 프린팅 된 연소실을 만들기 위해 "여러 재료를 결합하고 최첨단 제조 공정을 활용"한다는 목표를 세웠습니다. 더욱이, 당신이 모른다면 연소실은 로켓 엔진의 심장으로 간주됩니다. 연료와 산화제라고하는 산소 원이 혼합되어 챔버 내부에서 폭발합니다.

2014 년 Marshall과 Glenn이 제작 한 GRCop-84로 알려진 첨가제 구리 합금과 Virgin Orbit의 하이브리드 첨가제 / 감산 기계를 사용하여 두 번째 바이메탈 초합금 재킷을 적용한 협업 팀은 연소를 성공적으로 테스트 할 수있었습니다. 방. 이를 위해 고압 액체 산소 / 등유 추진제를 사용했습니다. 인상적이었습니다. 연소실은 2,000 파운드 거의 24 시간 동안 성공적으로 추력을 60 초 발사를 시험하십시오.

NASA의 선임 엔지니어 인 Paul Gradl은 "전통적으로 기존 연소실을 제조, 테스트 및 제공하는 데 수개월이 걸리며 그 시간을 상당히 줄일 수 있습니다."라고 프로젝트에 대한 흥분을 표명했습니다.

"적층 제조는 기존 프로세스를 강화하고 향상시킬 준비가되어 있습니다. 새로운 설계 및 성능 기회를 제공하고 내구성이 뛰어난 하드웨어를 제공합니다.이 파트너십을 통해 우리는이 기능을 더욱 발전시키고 있습니다."

멀지 않은 미래에 적층 제조 공정을 통해 생산 된 엔진은 우리를 화성 및 그 이상으로 이끌 수 있습니다.

상업용 비행기는 3D 인쇄 부품을 사용하기 시작했습니다.

걱정하지 마세요. 누구도 저품질 FDM 부품을 3D 프린팅하여 비용을 절약하기 위해 비행기에 올려 놓지 않습니다. 그럼에도 불구하고 산업용 고급 3D 제조 부품은 이미 몇 개의 상업용 항공기에 적용되었으며 그럴만 한 이유가 있습니다. EOS에 따르면 3D 프린팅은 일부 항공기의 무게를 40-60%, 그리고 그것은 시작에 불과합니다. 실제로 3D 프린팅으로 설계 및 제조 된 단일 부품은 2.1%, 차례로 연료 비용을 절감합니다. 5.41%. Airbus는 A350 XWB 항공기를 1,000+ 3D 인쇄 부품.

더욱이 항공 우주 산업의 다른 분야와 마찬가지로 적층 제조를 통해 Boeing 및 Airbus와 같은 회사는 생산 속도를 높일 수 있습니다. 이 업계에서 가장 큰 과제 중 하나는 두 회사 모두 필요한 모든 상업용 항공기 주문을 채우는 것입니다. 5,000-8,000 매년 백 로그되는 비행기. 향후 몇 년 동안 만 수요가 증가 할 것으로 예상됨에 따라 적층 제조는 신의 선물이 될 수 있습니다. 지금까지 Boeing은 60,000 부품 비행기를 위해.

3D 프린팅 드론 및 위성

위성은 비용이 많이들 수 있습니다. 그러나 아마 짐작 하셨겠지만 적층 제조는이를 해결하기 위해 여기에 있습니다. Airbus의 국방 및 우주 부서 엔지니어들은 3D 프린팅을 사용하여 다음과 같은 온도 범위를 견딜 수있는 티타늄 프레임을 만들었습니다. -170 ~ 100도 섭씨. 적층 제조의 힘 덕분에 팀은 생산 비용을 다음과 같이 줄일 수있었습니다. 20%, 위성의 이전 반복에 비해 더 가볍고 기하학적으로 최적화 된 제품을 만듭니다.

신생 기업 Stratodyne LLC의 친구들도 항공 우주 산업에서 파도를 일으키고 있습니다. Midwest 팀은 필라멘트와 함께 신속한 프로토 타이핑 방법을 사용하여 대상 위치에 아주 가깝게 몇 시간 내에 배치 할 수있는 맞춤형 성층권 위성을 만듭니다. 위성은 자산 모니터링에서 과학적 측정에 이르기까지 모든 것을 제공 할 수 있습니다. 이러한 저렴하고 지속 가능한 인공위성 대안은 통신, 원격 감지 또는 지리 공간 데이터 수집에도 사용할 수 있습니다.

Statodyne 팀 LLC의 설명에 따르면 "원하는 위치에서 궤도를 달성하는 데 수개월의 테스트, 수백만 달러 및 몇 주가 필요한 기존 위성과 달리 StratoSats는 적은 비용으로 하루 이내에 배포 할 수 있습니다. . "

"기존의 위성은 서비스 수명이 다 된 후 위험한 우주 쓰레기가되거나 발사 중에 수백 톤의 온실 가스를 방출하지만 StratoSats는 지상으로 돌아와 새로운 임무를 위해 다시 발사 할 수 있으므로 생태 발자국이 거의 남지 않습니다. 우리 행성이나 그 너머에. "

마지막으로 Stratodyne LLC는 현재 위성에 대한 저렴한 대안으로 장시간 비행이 가능한 근거리 우주 드론을 개발하고 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 딥 스페이스로의 여행을 훨씬 더 쉽게 관리 할 수 ​​있습니다.

다음 일주일 휴가에 무엇을 가져올 지 계획하는 것은 스트레스가됩니다. 미지의 영역에서 여행을위한 물류 계획을 계획하고 있다고 상상해보십시오. 6 ~ 8 개월. 이것이 우리를 화성에 데려가려는 조직의 현재 현실입니다. 몇 가지 관점을 살펴 보겠습니다. NASA에 따르면 국제 우주 정거장에 사는 우주 비행사들의 삶을 용이하게하기 위해 400 킬로미터 지구상에서 매년 ISS는 3175 킬로 예비 부품, 13,154 킬로 우주 비행 하드웨어 예비 부품 및 17,690 언제든지 사용할 수있는 여분의 킬로그램.

국제 우주 정거장이 지구와 가까워서이 모든 것이 가능해졌습니다. 그러나 이것은 달과 화성 여행에서 실용적이지 않거나 현실적이지 않습니다. 또한 충분한 보급품으로 대형 우주선을 포장 할 수 있다면 비용이 매우 많이 들고 효율적이지 않습니다. 그러나 이것이 바로 3D 프린팅이 구출 될 수있는 곳입니다.

NASA Marshall Space Flight Center에있는 NASA의 In-Space Manufacturing (ISM)은 현재 3D 프린팅 기술이 문자 그대로 우주에서의 임무 부하를 줄이는 방법을 조사하고 있습니다. Made in Space와 같은 ISM 파트너는 융합 필라멘트 제조 3D 기술을 개발했습니다. 이 공정은 가열 된 압출기를 통해 플라스틱의 연속적인 실을 공급하고 3 차원 물체를 만들기 위해 트레이에 층별로 공급하는 것을 포함합니다. 현재 우주 비행사가 간단한 일상 도구를 인쇄 할 수 있도록하는 가장 효과적인 3D 인쇄 방법을 연구하는 연구가 있습니다.

한 예에서 지구 연구원은 렌치의 3D 디자인을 ISS의 우주 비행사에게 보낼 수있었습니다. ISM의 다른 영역은 현재 공간에서보다 내구성있는 재료를 인쇄 할 수있는 가능성을 모색하고 있습니다. 최종 목표는? 수십만 마일 떨어진 곳에서 기다리는 동안 지구에있는 사람들에게 부품을 만들어 보내야하는 번거 로움없이 기능적인 3D 인쇄 부품을 완전히 인쇄 할 수 있다고 상상해보십시오.

"궁극적으로 ISM은 미래의 탐사 임무에 매우 중요하며, 우주 정거장에서 이러한 제조 시스템을 테스트하면 이러한 임무가 지구와 더 독립적으로 작동 할 수있는 길을 열었습니다.이 프로젝트의 많은 상업적 파트너와 함께 NASA의 낮은 수준의 중요한 측면을 나타냅니다. -지구 궤도 상용화 이니셔티브. 이전에 예비 부품을 저장하는 데 사용 된 모든 공간을 확보 할 수 있습니다. "라고 NASA는 말합니다.

마지막으로, 이전 기사에서 언급했듯이 연구자들은 현재 우주에서 음식을 세 가지 인쇄하는 방법을 찾고 있습니다. 우주 음식은 항상 가장 맛있는 음식입니다. 3D 프린팅 산업의 현재 혁신 속도로 우주 비행사는 곧 다양한 음식뿐만 아니라 개인의 현재 생물학적 요구에 맞는 요리를 인쇄 할 수있을 것입니다.

미래로

항공 우주 산업의 적층 제조는 흥미 롭습니다. 중요한 구성 요소의 프로토 타입 제작 방식에서 전체 기능 부품의 전체 생산에 이르기까지 업계의 모든 측면을 변화시킵니다. 적층 제조는 또한 생산 비용을 낮추면서 생산을 훨씬 빠르고 안정적으로 만드는 데 도움이됩니다.

전 세계 우주 기관의 사람들은 3D 프린팅 기술을 우주 여행의 미래에 적용 할 수있는 모든 잠재적 인 방법에 대해 흥분하고 있습니다. 그리 멀지 않은 미래에 3D 프린팅은 화성에 장기간 식민지를 구축하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. AI와 로봇 공학을 결합함으로써 적층 제조는 장기적인 문명을 만드는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.


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