Sejak abad ke-20, umat manusia telah tertarik untuk menjelajahi ruang angkasa dan memahami apa yang ada di luar Bumi.Organisasi besar seperti NASA dan ESA telah berada di garis depan eksplorasi ruang angkasa, dan pemain penting lainnya dalam penaklukan ini adalah pencetakan 3D.Dengan kemampuan memproduksi komponen kompleks dengan cepat dengan biaya rendah, teknologi desain ini menjadi semakin populer di perusahaan.Itu memungkinkan terciptanya banyak aplikasi, seperti satelit, pakaian antariksa, dan komponen roket.Faktanya, menurut SmarTech, nilai pasar manufaktur aditif industri luar angkasa swasta diperkirakan akan mencapai €2,1 miliar pada tahun 2026. Hal ini menimbulkan pertanyaan: Bagaimana pencetakan 3D dapat membantu manusia unggul di luar angkasa?
Awalnya, pencetakan 3D terutama digunakan untuk pembuatan prototipe cepat di industri medis, otomotif, dan kedirgantaraan.Namun, karena teknologinya semakin tersebar luas, semakin banyak digunakan untuk komponen tujuan akhir.Teknologi manufaktur aditif logam, khususnya L-PBF, telah memungkinkan produksi berbagai logam dengan karakteristik dan daya tahan yang sesuai untuk kondisi ruang yang ekstrim.Teknologi pencetakan 3D lainnya, seperti DED, binder jetting, dan proses ekstrusi, juga digunakan dalam pembuatan komponen luar angkasa.Dalam beberapa tahun terakhir, model bisnis baru telah muncul, dengan perusahaan seperti Made in Space dan Relativity Space menggunakan teknologi cetak 3D untuk merancang komponen ruang angkasa.
Relativity Space mengembangkan printer 3D untuk industri kedirgantaraan
Teknologi pencetakan 3D di ruang angkasa
Sekarang setelah kami memperkenalkannya, mari kita lihat lebih dekat berbagai teknologi pencetakan 3D yang digunakan dalam industri kedirgantaraan.Pertama, perlu dicatat bahwa pembuatan aditif logam, khususnya L-PBF, adalah yang paling banyak digunakan di bidang ini.Proses ini melibatkan penggunaan energi laser untuk memadukan bubuk logam lapis demi lapis.Ini sangat cocok untuk memproduksi komponen kecil, kompleks, presisi, dan disesuaikan.Produsen kedirgantaraan juga dapat memanfaatkan DED, yang melibatkan penyimpanan kawat atau bubuk logam dan terutama digunakan untuk memperbaiki, melapisi, atau memproduksi komponen logam atau keramik yang disesuaikan.
Sebaliknya, pengaliran pengikat, meskipun menguntungkan dalam hal kecepatan produksi dan biaya rendah, tidak cocok untuk memproduksi komponen mekanis berperforma tinggi karena memerlukan langkah penguatan pasca-pemrosesan yang meningkatkan waktu pembuatan produk akhir.Teknologi ekstrusi juga efektif di lingkungan luar angkasa.Perlu dicatat bahwa tidak semua polimer cocok untuk digunakan di luar angkasa, tetapi plastik berkinerja tinggi seperti PEEK dapat menggantikan beberapa bagian logam karena kekuatannya.Namun, proses pencetakan 3D ini masih belum tersebar luas, namun bisa menjadi aset berharga untuk eksplorasi ruang angkasa dengan menggunakan material baru.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) adalah teknologi yang banyak digunakan dalam pencetakan 3D untuk ruang angkasa.
Potensi Material Antariksa
Industri kedirgantaraan telah mengeksplorasi material baru melalui pencetakan 3D, mengusulkan alternatif inovatif yang dapat mengganggu pasar.Sementara logam seperti paduan titanium, aluminium, dan nikel-kromium selalu menjadi fokus utama, bahan baru akan segera mencuri perhatian: regolit bulan.Lunar regolith adalah lapisan debu yang menutupi bulan, dan ESA telah menunjukkan manfaat menggabungkannya dengan pencetakan 3D.Advenit Makaya, seorang insinyur manufaktur senior ESA, menggambarkan regolith bulan mirip dengan beton, terutama terdiri dari silikon dan unsur kimia lainnya seperti besi, magnesium, aluminium, dan oksigen.ESA telah bermitra dengan Lithoz untuk memproduksi komponen fungsional kecil seperti sekrup dan roda gigi menggunakan regolit bulan simulasi dengan sifat yang mirip dengan debu bulan asli.
Sebagian besar proses yang terlibat dalam pembuatan regolith bulan memanfaatkan panas, membuatnya kompatibel dengan teknologi seperti SLS dan solusi pencetakan ikatan bubuk.ESA juga menggunakan teknologi D-Shape dengan tujuan menghasilkan bagian padat dengan mencampurkan magnesium klorida dengan bahan dan menggabungkannya dengan magnesium oksida yang ditemukan dalam spesimen simulasi.Salah satu keuntungan signifikan dari material bulan ini adalah resolusi cetaknya yang lebih halus, memungkinkannya menghasilkan komponen dengan presisi tertinggi.Fitur ini bisa menjadi aset utama dalam memperluas jangkauan aplikasi dan pembuatan komponen untuk pangkalan bulan di masa depan.
Lunar Regolith ada di mana-mana
Ada juga regolith Mars, merujuk pada material bawah permukaan yang ditemukan di Mars.Saat ini, badan antariksa internasional tidak dapat memulihkan materi ini, tetapi hal ini tidak menghentikan para ilmuwan untuk meneliti potensinya dalam proyek kedirgantaraan tertentu.Para peneliti menggunakan spesimen simulasi dari bahan ini dan menggabungkannya dengan paduan titanium untuk menghasilkan alat atau komponen roket.Hasil awal menunjukkan bahwa bahan ini akan memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan melindungi peralatan dari kerusakan akibat karat dan radiasi.Meski kedua bahan ini memiliki sifat yang mirip, regolith bulan masih menjadi bahan yang paling banyak diuji.Keuntungan lainnya adalah bahan-bahan ini dapat diproduksi di tempat tanpa perlu mengangkut bahan mentah dari Bumi.Selain itu, regolith adalah sumber material yang tidak habis-habisnya, membantu mencegah kelangkaan.
Penerapan teknologi pencetakan 3D di industri kedirgantaraan
Penerapan teknologi pencetakan 3D di industri kedirgantaraan dapat bervariasi tergantung pada proses spesifik yang digunakan.Misalnya, laser powder bed fusion (L-PBF) dapat digunakan untuk memproduksi komponen jangka pendek yang rumit, seperti sistem perkakas atau suku cadang ruang.Launcher, startup yang berbasis di California, menggunakan teknologi pencetakan 3D safir-logam Velo3D untuk menyempurnakan mesin roket cair E-2 miliknya.Proses pabrikan digunakan untuk membuat turbin induksi, yang memainkan peran penting dalam mempercepat dan menggerakkan LOX (oksigen cair) ke dalam ruang bakar.Turbin dan sensor masing-masing dicetak menggunakan teknologi 3D printing kemudian dirakit.Komponen inovatif ini memberi roket aliran fluida yang lebih besar dan daya dorong yang lebih besar, menjadikannya bagian penting dari mesin
Velo3D berkontribusi pada penggunaan teknologi PBF dalam pembuatan mesin roket cair E-2.
Manufaktur aditif memiliki aplikasi yang luas, termasuk produksi struktur kecil dan besar.Misalnya, teknologi pencetakan 3D seperti solusi Stargate Relativity Space dapat digunakan untuk memproduksi komponen besar seperti tangki bahan bakar roket dan bilah baling-baling.Relativitas Ruang telah membuktikan hal ini melalui keberhasilan produksi Terran 1, sebuah roket yang hampir seluruhnya dicetak 3D, termasuk tangki bahan bakar sepanjang beberapa meter.Peluncuran pertamanya pada 23 Maret 2023, menunjukkan efisiensi dan keandalan proses produksi aditif.
Teknologi pencetakan 3D berbasis ekstrusi juga memungkinkan produksi suku cadang menggunakan material berperforma tinggi seperti PEEK.Komponen yang terbuat dari termoplastik ini telah diuji di luar angkasa dan ditempatkan di penjelajah Rashid sebagai bagian dari misi bulan UEA.Tujuan dari tes ini adalah untuk mengevaluasi ketahanan PEEK terhadap kondisi bulan yang ekstrim.Jika berhasil, PEEK mungkin dapat mengganti bagian logam dalam situasi di mana bagian logam rusak atau bahan langka.Selain itu, sifat ringan PEEK mungkin bernilai dalam eksplorasi ruang angkasa.
Teknologi pencetakan 3D dapat digunakan untuk memproduksi berbagai suku cadang untuk industri kedirgantaraan.
Keuntungan pencetakan 3D di industri kedirgantaraan
Keuntungan pencetakan 3D dalam industri kedirgantaraan termasuk tampilan akhir suku cadang yang lebih baik dibandingkan dengan teknik konstruksi tradisional.Johannes Homa, CEO produsen printer 3D Austria Lithoz, menyatakan bahwa "teknologi ini membuat komponen menjadi lebih ringan."Karena kebebasan desain, produk cetak 3D lebih efisien dan membutuhkan lebih sedikit sumber daya.Ini memiliki dampak positif pada dampak lingkungan dari bagian produksi.Relativitas Ruang telah menunjukkan bahwa manufaktur aditif dapat secara signifikan mengurangi jumlah komponen yang dibutuhkan untuk memproduksi pesawat ruang angkasa.Untuk roket Terran 1, 100 bagian disimpan.Selain itu, teknologi ini memiliki keunggulan signifikan dalam kecepatan produksi, dengan penyelesaian roket dalam waktu kurang dari 60 hari.Sebaliknya, pembuatan roket menggunakan metode tradisional bisa memakan waktu beberapa tahun.
Mengenai pengelolaan sumber daya, pencetakan 3D dapat menghemat bahan dan, dalam beberapa kasus, bahkan memungkinkan daur ulang limbah.Terakhir, manufaktur aditif dapat menjadi aset berharga untuk mengurangi berat lepas landas roket.Tujuannya adalah memaksimalkan penggunaan material lokal, seperti regolith, dan meminimalkan pengangkutan material di dalam pesawat ruang angkasa.Ini memungkinkan untuk hanya membawa printer 3D, yang dapat membuat semuanya di tempat setelah perjalanan.
Made in Space telah mengirimkan salah satu printer 3D mereka ke luar angkasa untuk pengujian.
Keterbatasan pencetakan 3D di ruang angkasa
Meskipun pencetakan 3D memiliki banyak keunggulan, teknologinya masih tergolong baru dan memiliki keterbatasan.Advenit Makaya menyatakan, "Salah satu masalah utama manufaktur aditif dalam industri kedirgantaraan adalah kontrol dan validasi proses."Produsen dapat memasuki lab dan menguji kekuatan, keandalan, dan struktur mikro setiap bagian sebelum validasi, sebuah proses yang dikenal sebagai pengujian non-destruktif (NDT).Namun, ini bisa memakan waktu dan mahal, jadi tujuan utamanya adalah mengurangi kebutuhan akan tes ini.NASA baru-baru ini mendirikan pusat untuk mengatasi masalah ini, berfokus pada sertifikasi cepat komponen logam yang diproduksi oleh manufaktur aditif.Pusat ini bertujuan untuk menggunakan kembar digital untuk meningkatkan model produk komputer, yang akan membantu para insinyur lebih memahami kinerja dan keterbatasan suku cadang, termasuk seberapa besar tekanan yang dapat mereka tahan sebelum patah.Dengan demikian, pusat tersebut berharap dapat membantu mempromosikan penerapan pencetakan 3D di industri kedirgantaraan, membuatnya lebih efektif dalam bersaing dengan teknik manufaktur tradisional.
Komponen-komponen ini telah menjalani pengujian keandalan dan kekuatan yang komprehensif.
Di sisi lain, proses verifikasi berbeda jika manufaktur dilakukan di luar angkasa.Advenit Makaya dari ESA menjelaskan, "Ada teknik yang melibatkan analisis bagian-bagian selama pencetakan."Metode ini membantu menentukan produk cetakan mana yang cocok dan mana yang tidak.Selain itu, ada sistem koreksi mandiri untuk printer 3D yang ditujukan untuk ruang angkasa dan sedang diuji pada mesin logam.Sistem ini dapat mengidentifikasi potensi kesalahan dalam proses pembuatan dan secara otomatis memodifikasi parameternya untuk memperbaiki setiap cacat pada bagian tersebut.Kedua sistem ini diharapkan dapat meningkatkan keandalan produk cetakan di luar angkasa.
Untuk memvalidasi solusi pencetakan 3D, NASA dan ESA telah menetapkan standar.Standar ini mencakup serangkaian pengujian untuk menentukan keandalan suku cadang.Mereka mempertimbangkan teknologi fusi bedak bubuk dan memperbaruinya untuk proses lainnya.Namun, banyak pemain utama di industri material, seperti Arkema, BASF, Dupont, dan Sabic, juga menyediakan ketertelusuran ini.
Tinggal di luar angkasa?
Dengan kemajuan teknologi pencetakan 3D, kami telah melihat banyak proyek sukses di Bumi yang menggunakan teknologi ini untuk membangun rumah.Ini membuat kami bertanya-tanya apakah proses ini dapat digunakan dalam waktu dekat atau jauh untuk membangun struktur yang dapat dihuni di luar angkasa.Sementara tinggal di luar angkasa saat ini tidak realistis, membangun rumah, khususnya di bulan, dapat bermanfaat bagi para astronot dalam menjalankan misi luar angkasa.Tujuan Badan Antariksa Eropa (ESA) adalah membangun kubah di bulan menggunakan regolith bulan, yang dapat digunakan untuk membangun dinding atau batu bata untuk melindungi astronot dari radiasi.Menurut Advenit Makaya dari ESA, regolith bulan terdiri dari sekitar 60% logam dan 40% oksigen dan merupakan bahan penting untuk kelangsungan hidup astronot karena dapat memberikan sumber oksigen yang tidak ada habisnya jika diekstraksi dari bahan ini.
NASA telah memberikan hibah $57,2 juta kepada ICON untuk mengembangkan sistem pencetakan 3D untuk membangun struktur di permukaan bulan dan juga bekerja sama dengan perusahaan tersebut untuk menciptakan habitat Mars Dune Alpha.Tujuannya adalah untuk menguji kondisi kehidupan di Mars dengan meminta sukarelawan tinggal di habitat selama satu tahun, mensimulasikan kondisi di Planet Merah.Upaya ini merupakan langkah kritis untuk secara langsung membangun struktur cetakan 3D di bulan dan Mars, yang pada akhirnya dapat membuka jalan bagi kolonisasi manusia di luar angkasa.
Di masa depan yang jauh, rumah-rumah ini dapat memungkinkan kehidupan bertahan di luar angkasa.
Waktu posting: Jun-14-2023