ยานอวกาศ ห้องเผาไหม้ GRCop ที่พิมพ์ 3 มิติของ NASA เบื้องหลังการปล่อยจรวดเทอร์แรนที่ประสบความสำเร็จ ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2566 จรวดเทอร์แรน-1 ของรีเลทิวิตี สเปซ ระเบิดออกจากแหลมคะแนเวอรัล รัฐฟลอริดาทำให้ท้องฟ้ายามค่ำคืนสว่างไสวเป็นการเปิดตัวจรวดทดสอบครั้งแรก ที่ทำจากชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นรูปแบบของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีหลักในการเพิ่มขีดความสามารถและลดต้นทุน

จรวดเทอร์แรน-1 มีหัวเผาเครื่องยนต์ที่ผลิตสารเติมแต่ง 9 ตัว ทำจากโลหะผสมทองแดงที่ร้อนเกือบ 6,000 องศาฟาเรนไฮต์ มีความแข็งแรงสูง การนำความร้อนสูง ต้านทานการคืบคลานสูง จากข้อมูลของ 3D Science Valley ความสำคัญของการบินครั้งแรกของเทอร์แรน-1 คือการพิสูจน์คุณค่านวัตกรรมที่ก่อกวนของอวกาศสัมพัทธภาพ ในอดีตการผลิตจรวดมีห่วงโซ่อุปทานที่ยาวมาก ซึ่งลดความต้องการของซัพพลายเออร์ไปที่การพิมพ์ 3 มิติทั้งหมดของตนเอง

เพื่อผลิตชิ้นส่วนเกือบทั้งหมด จำนวนชิ้นส่วนลดลง 100 เท่า เปลี่ยนการวิจัยและพัฒนา ความเร็วในการวิจัยและพัฒนาเพิ่มขึ้น 10 เท่า ปัญญาประดิษฐ์ถูกนำมาใช้ในการผลิต และสาระสำคัญของการพิมพ์ 3 มิติของทฤษฎีสัมพัทธภาพคือการผลิตอัจฉริยะ ที่ขับเคลื่อนด้วยอัลกอริธึมปัญญาประดิษฐ์ และเบื้องหลังคุณค่าของนวัตกรรมก่อกวนทั้งหมดนี้ การสนับสนุนทางเทคนิคของ NASA ก็เป็นสิ่งที่แยกออกจากกันไม่ได้เช่นกันที่ศูนย์วิจัยเกลนน์ของ NASA ในคลีฟแลนด์

โลหะผสมที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบหลักในตระกูลนี้เรียกว่า GRCop ถูกสร้างขึ้นสำหรับห้องเผาไหม้ประสิทธิภาพสูงของเครื่องยนต์จรวด 3D Science Valley ได้เรียนรู้ว่า GRcop เป็นส่วนผสมของทองแดง โครเมียมและไนโอเบียม วัสดุนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมเป็นพิเศษ ความแข็งแรงสูงสำหรับท่อไอเสียจรวดเทอร์แรน-1 เตรียมเปิดตัวในเดือนมีนาคม 2023 ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 NASA ต้องการพัฒนาเครื่องมือสำหรับบังคับยานอวกาศในวงโคจรระดับต่ำของโลก

ซึ่งสามารถต้านทานการปล่อยหลายครั้งได้ เครื่องยนต์จรวดจำเป็นต้องเอาชนะความท้าทายที่ซับซ้อน ในการออกแบบและสภาพแวดล้อมที่ใช้งาน ซึ่งรวมถึงการสตาร์ทและปิดเครื่องหลายครั้ง ซึ่งสามารถนำไปสู่การสึกหรอของส่วนประกอบที่สำคัญได้อย่างง่ายดาย ในเวลานั้น โดยทั่วไปจำเป็นต้องเปลี่ยนแผ่นบุผิวเครื่องยนต์หลักของกระสวยอวกาศ หลังจากปฏิบัติภารกิจ 1 ถึง 5 ครั้งและการวิจัยของ NASA สามารถแสดงให้เห็นว่าวัสดุบุผิวเชื้อเพลิงผสมทองแดง GRCop-84

ซึ่งสามารถใช้งานได้ง่ายระหว่างบริการบำรุงรักษา 100 รายการและภารกิจอายุการใช้งานเครื่องยนต์ 500 รายการ องค์การ NASA ในช่วงหลายปีของการพัฒนาโลหะผสม NASA ได้พัฒนาโลหะผสม GRcop รุ่นต่างๆ ขั้นสูงผ่านการวิเคราะห์อย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง RAMPT การทำซ้ำครั้งล่าสุดที่เรียกว่า GRCop-42 ใช้วิธีการผลิตสารเติมแต่งที่หลากหลาย เพื่อสร้างส่วนประกอบของห้องเผาไหม้ และห้องขับดันแบบรวมโครงสร้าง

รวมถึงวัสดุหลายชนิดสำหรับเครื่องยนต์จรวด กระบวนการเหล่านี้เพิ่มประสิทธิภาพ ยานอวกาศ ในขณะที่ลดน้ำหนักและต้นทุนของส่วนประกอบห้องขับดันได้อย่างมาก ผสมผสานอย่างลงตัวกับเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อ จากข้อมูลของ 3D Science Valley การบินและอวกาศเชิงพาณิชย์เข้าสู่ถนนการพัฒนา ซึ่งจะกระตุ้นการพัฒนาการพิมพ์โลหะ 3 มิติอย่างมาก การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญจะเกิดขึ้นในตลาดการผลิตสารเติมแต่งในปี 2565

ความต้องการเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งลวดหลอม การขึ้นรูปผง การเคลือบด้วยเลเซอร์และเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งวัสดุคอมโพสิตล้วนมีการเติบโตอย่างรวดเร็ว ตามรายงานตลาดการผลิตสารเติมแต่งทางอุตสาหกรรมทั่วโลกของ AMPower ในปี 2023 แนวโน้มการพัฒนาที่ใช้งานง่ายของการพิมพ์ 3 มิติโลหะหลอมเหลวในบางพื้นที่ในปี 2022 คือความต้องการอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ที่มีขนาดการประมวลผลเกิน 600 มิลลิเมตรจะเพิ่มขึ้น

ในหมู่พวกเขาราคาเฉลี่ยของอุปกรณ์การพิมพ์โลหะ 3 มิติชิ้นเดียวที่ซื้อในด้านการบินและอวกาศมีมูลค่ามากกว่า 1 ล้านยูโร ในด้านหนึ่งเพื่อตอบสนองความต้องการของชิ้นส่วนการประมวลผลขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน เพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตจำนวนมากของชิ้นส่วนแบทช์ขนาดเล็ก คุณสมบัติอีกประการหนึ่งคือเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบสะสมพลังงานโดยตรงโดย DED นั้นโดยทั่วไปเคยใช้เป็นเทคโนโลยีสำหรับการซ่อมแซมชิ้นส่วนมาก่อน

แต่แนวโน้มการพัฒนาในปีที่ผ่านมาคือ เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้มากขึ้น สำหรับความต้องการในการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ วัสดุโลหะการพิมพ์ 3 มิติในสาขาการบินและอวกาศหลัก NASA พบว่าโลหะผสม GRCop ทำงานได้ดีกับวิธีการผลิตสารเติมแต่งล่าสุด กระบวนการผลิตการพิมพ์ 3 มิติ เช่น การหลอมผงแป้งด้วยเลเซอร์และการสะสมพลังงาน โดยตรงเป็นเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันเพื่อผลิตชิ้นส่วนโลหะผสมทองแดง GRCop สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ

เช่นที่ใช้ในมอเตอร์จรวดเทอร์แรน-1 ในกระบวนการพิมพ์ 3 มิติแบบฟิวชั่นเตียงผงเลเซอร์ อุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติจะกระจายชั้นแป้งบางๆและเลือกละลายผงโลหะตามแบบจำลองการสร้างแบบจำลอง CAD และแข็งตัวเป็นของแข็งโลหะ ทำซ้ำหลายพันครั้งเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่สมบูรณ์ วิธีการทำให้วัสดุแข็งตัวทีละชั้นนี้สามารถสร้างความแข็งแรงเทียบเท่ากับโลหะหลอม ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีรายละเอียด รางวิ่งด้านในสำหรับการระบายความร้อนของห้องเผาไหม้

หัวฉีดที่ซับซ้อนและท่อหัวฉีดพร้อมช่องระบายความร้อนเป็นต้น การเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตห้องเผาไหม้ เมื่อเปรียบเทียบกับฟิวชั่นเบดผงด้วยเลเซอร์ กระบวนการสะสมพลังงานที่กำกับโดย DED สามารถสร้างรูปร่างและส่วนประกอบที่ใหญ่ขึ้น แต่รายละเอียดที่ทำได้นั้นค่อนข้างเล็ก และการประมวลผลวัสดุโลหะทองแดงโดย DED นั้นเป็นสิ่งที่ท้าทาย จากข้อมูลของ 3D Science Valley มาร์เก็ตวอทช์ ในบทความเรื่องการสะสมพลังงานโดยตรงของทองแดงบริสุทธิ์

โดยใช้เลเซอร์สีน้ำเงิน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแซนดีเอโกได้สาธิตชิ้นส่วน Cu จำนวนมากที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ชัดเจน ซึ่งได้มาจากการใช้เลเซอร์สีน้ำเงิน Powder Feed การสร้างกระบวนการสะสมพลังงานโดยตรง DED มีการผลิตชิ้นส่วนที่มีความหนาแน่นเกือบเต็ม สูงถึง 99.6 เปอร์เซ็นต์ที่ปริมาตร 1,000 ลูกบาศก์มิลลิเมตร ซึ่งเป็นชิ้นส่วนทองแดงบริสุทธิ์ที่มีความหนาแน่นมากที่สุด ที่รายงานถึงปัจจุบันในการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์แต่เทียบได้กับชิ้นส่วนที่มีปริมาตรใกล้เคียงกัน ซึ่งสร้างโดยใช้เลเซอร์อินฟราเรดใกล้กว่าพลังงานความหนาแน่นต่ำกว่ามาก

บทความที่น่าสนใจ : อาหารสุขภาพ ความสำคัญของอาหารก่อนทำการออกกำลังกาย