چگونه پرینت سه بعدی فضا را متحول می کند « Fabbaloo

چارلز آر. گولدینگ و پریتی سولیهاوی بررسی می‌کنند که چگونه استفاده نوآورانه دب اکبر از چاپ سه بعدی، صنعت دفاعی را با پیامدهایی برای تولید موتور موشک و فراتر از آن تغییر می‌دهد.

برنامه‌های دفاعی ایالات متحده اکنون کاملاً به Northrop Grumman و L3Harris Technologies که سال گذشته Aerojet Rocketdyne را خریداری کردند، برای موتورهای موشک جامد وابسته هستند. بر خلاف همتایان خود با سوخت مایع، این موتورهای موشک از یک پیشران جامد استفاده می کنند – یک چوب سوخت و اکسید کننده که از قبل مخلوط شده و به شکل خاصی قالب گیری شده است.

چند نفر تازه وارد در داستان هستند. X-Bow Systems، مستقر در آلبوکرکی، نیومکزیکو، در طول سال گذشته، نزدیک به 100 میلیون دلار قرارداد، از جمله چندین قرارداد به ارزش بیش از 35 میلیون دلار از آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی و یک قرارداد جداگانه 64 میلیون دلاری برای تامین تجهیزات بزرگ، منعقد کرده است. موتورهای موشک جامد به نیروی دریایی و ارتش.

لاکهید مارتین ونچرز یکی از سرمایه گذاران خصوصی X-Bow است.

موتورهای موشکی برای تامین انرژی طیف گسترده ای از کاربردهای نظامی، از موشک های تاکتیکی گرفته تا موشک های بالستیک قاره پیما با سلاح هسته ای کشور استفاده می شوند. درگیری های جاری اوکراین و خاورمیانه ظرفیت تولید موجود برای موتورهای موشک جامد تاکتیکی را بیشتر تحت فشار قرار داده است.

در یک توسعه قابل توجه برای فناوری نظامی، Ursa Major، یک شرکت پیشران پیشرانه مستقر در دنور، قراردادی را با نیروی دریایی ایالات متحده برای نمونه سازی و آزمایش یک موتور موشک جامد برای برنامه موشک استاندارد نیروی دریایی منعقد کرده است. این قرارداد، بخشی از برنامه سیستم‌ها و فن‌آوری‌های نیروی دریایی، بر روند رو به رشد فناوری دفاعی تأکید می‌کند: ادغام چاپ سه بعدی در تولید اجزای پیشرفته هوافضا.

قرارداد دب کبیر و پیامدهای آن

قرارداد Ursa Major شامل طراحی مجدد و تولید موتور موشک Mk 104 نیروی دریایی است. این موتور موشک جامد یکپارچه از موشک‌های استاندارد نیروی دریایی است که برای دفاع زمین به هوا، دفاع موشکی بالستیک و قابلیت‌های ضد هوایی بسیار مهم هستند. موتور موشک Mk 104، به ویژه در نوع SM-6 آن، برای رهگیری سلاح های مافوق صوت که با سرعت 5 ماخ یا بالاتر از آن حرکت می کنند، طراحی شده است که عملکرد و قابلیت اطمینان آن را حیاتی می کند.

از لحاظ تاریخی، ساخت این موتورهای با کارایی بالا پیچیده و چالش برانگیز بوده است که عمدتاً به دلیل محدودیت‌های تکنیک‌های تولید سنتی است. رویکرد Ursa Major که به عنوان فرآیند تولید سیاهگوش شناخته می شود، از فناوری های پیشرفته چاپ سه بعدی برای ساده سازی تولید و افزایش قابلیت ساخت و قابلیت اطمینان موتورهای موشک استفاده می کند.

قدرت پرینت سه بعدی در هوافضا

استفاده از پرینت سه بعدی در هوافضا و دفاع، صنعت را با ارائه چندین مزیت کلیدی متحول می کند: زمان تولید سریع تر، کاهش هزینه ها، و توانایی ایجاد هندسه های پیچیده که قبلا غیرممکن بود. در اینجا چهار مثال قابل توجه از نحوه استفاده موثر پرینت سه بعدی در کاربردهای مختلف هوافضا آورده شده است:

1. اجزای موتور موشک

یکی از برجسته ترین کاربردهای پرینت سه بعدی در بخش هوافضا، تولید قطعات موتور موشک است. به عنوان مثال، شرکت هایی مانند SpaceX با موفقیت از چاپ سه بعدی برای تولید قطعات موتورهای مرلین و رپتور خود استفاده کرده اند. با استفاده از تولید افزودنی، اسپیس ایکس توانسته است اجزای پیچیده ای مانند محفظه احتراق و نازل موتور موشک تولید کند که هر دو برای عملکرد بسیار مهم هستند. این رویکرد نه تنها وزن قطعات را کاهش می دهد بلکه زمان و هزینه های تولید را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

2. قطعات ماهواره

یکی دیگر از کاربردهای کلیدی پرینت سه بعدی در هوافضا، تولید قطعات ماهواره ای است. ناسا در خط مقدم استفاده از تولید افزودنی برای این منظور بوده است. به عنوان مثال، آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا قطعات پرینت سه بعدی را برای مریخ نورد و دیگر ماموریت های فضایی توسعه داده است. با استفاده از پرینت سه بعدی، ناسا می تواند به سرعت قطعاتی با هندسه های پیچیده را نمونه سازی و تولید کند که ساخت آنها با روش های سنتی دشوار یا غیرممکن است. این انعطاف‌پذیری برای مأموریت‌های فضایی بسیار مهم است، جایی که هر جزء باید استانداردهای عملکرد و قابلیت اطمینان دقیق را داشته باشد.

3. قطعات هواپیما

در بخش هوانوردی تجاری، از پرینت سه بعدی برای تولید قطعات هواپیما استفاده می شود. جنرال الکتریک (GE) یک نمونه پیشرو است، با بخش GE Additive خود که بر پرینت سه بعدی قطعات فلزی برای موتورهای جت تمرکز دارد. یک مثال قابل توجه موتور LEAP است که دارای نازل های سوخت پرینت سه بعدی است. این نازل‌ها سبک‌تر و کارآمدتر از نمونه‌های سنتی خود هستند که به بهبود راندمان سوخت و انتشار کمتر کمک می‌کنند. استفاده از ساخت افزودنی همچنین امکان تولید سریع قطعات سفارشی و توانایی تطبیق سریع طرح ها را در صورت نیاز فراهم می کند.

4. سازه های فضاپیما

تولید سازه های فضاپیما از فناوری های چاپ سه بعدی نیز بهره مند شده است. به عنوان مثال، آژانس فضایی اروپا (ESA) از چاپ سه بعدی برای ایجاد اجزای ساختاری برای فضاپیماها استفاده کرده است. یکی از این نمونه‌ها توسعه یک قطعه تیتانیومی با چاپ سه بعدی برای ماژول خدمات اروپایی فضاپیمای Orion ناسا است. این رویکرد امکان ایجاد اجزای سبک وزن و قوی را فراهم می کند که می توانند در شرایط سخت فضا مقاومت کنند. توانایی چاپ این قطعات بر حسب تقاضا همچنین نیاز به موجودی و ذخیره سازی گسترده را کاهش می دهد و فرآیند تولید را ساده تر می کند.

آینده پرینت سه بعدی در هوافضا و دفاع

استفاده از پرینت سه بعدی توسط Ursa Major برای موتورهای موشک جامد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در صنایع هوافضا و دفاعی است. Ursa Major با ادغام ساخت افزودنی در فرآیند تولید خود، قصد دارد به برخی از چالش‌های سنتی مرتبط با ساخت موتورهای موشک جامد، از جمله هزینه‌های بالا و قابلیت‌های تولید محدود، رسیدگی کند. انتظار می‌رود فرآیند تولید سیاهگوش، کارایی، قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری ساخت موتور موشک را افزایش دهد و با نیازهای نیروی دریایی برای سیستم‌های موشکی پیشرفته همسو شود.

یکی دیگر از بازیگران بالقوه در این بخش، پیمانکار دفاعی Anduril Industries است. در پاسخ به تقاضای فزاینده وزارت دفاع، Anduril سال گذشته آدرانوس، یک تولیدکننده کوچک موتورهای موشک جامد را که در سال 2015 تأسیس شد، خریداری کرد. این شرکت گفت که قصد دارد در تأسیسات تولید موشک جامد آدرانوس در می سی سی پی سرمایه گذاری کند تا نرخ تولید را افزایش دهد.

روند گسترده تر به سمت تولید افزودنی در هوافضا و دفاع احتمالاً با پیشرفت فناوری و آشکارتر شدن مزایا ادامه خواهد یافت. توانایی نمونه سازی سریع و تولید اجزای پیچیده، همراه با کاهش هزینه و بهبود عملکرد، چاپ سه بعدی را به عنوان یک نیروی دگرگون کننده در صنعت قرار می دهد.

اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه

اکنون اعتبار مالیاتی دائمی تحقیق و توسعه (R&D) برای شرکت‌هایی که محصولات، فرآیندها و/یا نرم‌افزار جدید یا بهبودیافته را توسعه می‌دهند در دسترس است.

چاپ سه بعدی می تواند به افزایش اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه شرکت کمک کند. دستمزد کارکنان فنی ایجاد، آزمایش و بازنگری نمونه های اولیه چاپ شده سه بعدی را می توان به عنوان درصدی از زمان واجد شرایط صرف شده برای اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه در نظر گرفت. به طور مشابه، زمانی که به عنوان روشی برای بهبود فرآیند استفاده می شود، زمان صرف شده برای ادغام سخت افزار و نرم افزار پرینت سه بعدی به عنوان یک فعالیت واجد شرایط به حساب می آید. در نهایت، زمانی که برای مدل‌سازی و پیش‌تولید استفاده می‌شود، هزینه‌های رشته‌های مصرف‌شده در طول فرآیند توسعه نیز ممکن است جبران شود.

چه برای ایجاد و آزمایش نمونه های اولیه استفاده شود و چه برای تولید نهایی، چاپ سه بعدی یک شاخص عالی است که فعالیت های واجد شرایط اعتبار تحقیق و توسعه در حال انجام است. شرکت‌هایی که این فناوری را در هر نقطه‌ای اجرا می‌کنند باید استفاده از اعتبارات مالیاتی تحقیق و توسعه را در نظر بگیرند.

نتیجه گیری

همانطور که شرکت هایی مانند Ursa Major، SpaceX، NASA، GE و ESA به کاوش و گسترش امکانات چاپ سه بعدی ادامه می دهند، بخش هوافضا بدون شک شاهد نوآوری ها و پیشرفت های بیشتری خواهد بود. ادغام ساخت افزودنی نه تنها نشان دهنده یک جهش به جلو در فناوری است، بلکه مرزهای آنچه را که در طراحی و تولید اجزای هوافضا ممکن است بازتعریف می کند.