Οι μηχανικοί της NASA, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη εκτύπωση, κατασκεύασαν ένα ελαφρύτερο ακροφύσιο πυραυλοκινητήρα κατασκευασμένο από ένα νέο υλικό που θα μπορούσε να βοηθήσει στην επιτάχυνση μιας εποχής πτήσεων στα βαθύ του διαστήματος.
Το ακροφύσιο κινητήρα πυραύλων συναρμολογείται από μια νέα συγκολλήσιμη ποικιλία αλουμινίου που είναι αρκετά ανθεκτικό στη θερμότητα για χρήση σε πυραύλους, αλλά είναι επίσης πιο ελαφρύ από άλλα ακροφύσια που χρησιμοποιούνται σε συμβατικούς πυραυλοκινητήρες.
Η διαστημική υπηρεσία συνεργάστηκε με τον κατασκευαστή Elementum 3D, για να αναπτύξει ένα ακροφύσιο κινητήρα πυραύλων, κατασκευασμένο από αλουμίνιο.
Το πλεονέκτημα της χρήσης αλουμινίου είναι το πόσο ελαφρύ είναι σε σύγκριση με άλλα μέταλλα, αλλά έχει χαμηλή ανοχή σε υπερβολική θερμότητα και δημιουργούνται ρωγμές κατά τη συγκόλληση, κάτι που το απέκλειε πάντα ως επιλογή στο παρελθόν.
Ανάπτυξη υλικού της NASA για μελλοντικές αποστολές στα βαθύ του διάστηματος
Ως μέρος του έργου Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution (RAMFIRE), που χρηματοδοτείται από τη Διεύθυνση Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA (STMD), αναπτύχθηκε μια νέα παραλλαγή αλουμινίου που ονομάζεται A6061-RAM2.
Η RTM Innovations, χρησιμοποίησε την παραλλαγή αλουμινίου μαζί με μια εξειδικευμένη σκόνη για την κατασκευή του ακροφυσίου, χρησιμοποιώντας τεχνολογία λέιζερ (LP-DED).
Το κλειδί για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί της θερμότητας και της συγκόλλησης του αλουμινίου, ήταν η εισαγωγή μικρών εσωτερικών καναλιών στη δομή του ακροφυσίου για να διατηρηθεί η θερμοκρασία κάτω από το σημείο τήξης του μετάλλου. Και καθώς το ακροφύσιο εκτυπώνεται σε τρισδιάστατη εκτύπωση, υπάρχει μόνο ένα μέρος, επομένως δεν απαιτείται συγκόλληση και ο χρόνος κατασκευής μειώνεται σημαντικά. Αντίθετα, η συμβατική κατασκευή ακροφυσίων απαιτεί χιλιάδες εξαρτήματα που πρέπει να ενωθούν μεταξύ τους.
Το αλουμίνιο είναι ένα ιδανικό υλικό για την ανάπτυξη εξαρτημάτων πυραύλων λόγω της ικανότητάς του να παρέχει σημαντική αντοχή χωρίς αυξημένο βάρος, καθώς είναι μέταλλο χαμηλής πυκνότητας. Το μειονέκτημα της χρήσης του είναι ότι παραδοσιακά έχει επίσης ελάχιστη ανοχή στην υπερβολική θερμότητα και είναι διαβόητο για ρωγμές κατά τη συγκόλληση.
Αναγνωρίζοντας τις δυνατότητές του, οι μηχανικοί του έργου Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution (RAMFIRE) της NASA αποφάσισαν να δουν αν το αλουμίνιο θα μπορούσε να κατασκευαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνει ένα βιώσιμο υλικό για χρήση σε εξαρτήματα πυραύλων 3D εκτύπωσης.
Το αποτέλεσμα ήταν το A6061-RAM2, μια νέα παραλλαγή αλουμινίου που, όταν συνδυάστηκε με μια εξειδικευμένη σκόνη σε μια διαδικασία γνωστή ως εναπόθεση ενέργειας κατευθυνόμενης σκόνης λέιζερ ή LP-DED, κατάφερε να παράγει τα ακροφύσια πυραύλων RAMFIRE.
Το A6061-RAM2 είναι μόνο μία από τις αξιοσημείωτες καινοτομίες υλικών της NASA που παρατηρήθηκαν τα τελευταία χρόνια.
Το GRX-810, ένα παρόμοιο κράμα που έχει αναπτύξει η διαστημική υπηρεσία, είναι ικανό να αντέξει ακραίες θερμοκρασίες και άλλες απαιτητικές περιβαλλοντικές συνθήκες, σύμφωνα με προηγούμενες έρευνες στις δυνατότητες του υλικού.
Το έργο RAMFIRE της NASA βασίζεται σε ένα απλό, αλλά αποτελεσματικό στοιχείο σχεδιασμού για να διασφαλίσει ότι τα ακροφύσια διατηρούνται σε θερμοκρασίες που θα αποτρέψουν την τήξη: τη συμπερίληψη μικρών εσωτερικών καναλιών που βοηθούν στην απαγωγή θερμότητας.
Αν και τα συμβατικά ακροφύσια μπορεί να απαιτούν εκατοντάδες, ή ακόμα και κοντά σε χίλια μικρά, ενωμένα μέρη, τα ακροφύσια RAMFIRE είναι μονοκόμματες κατασκευές, γεγονός που συμβάλλει στη σημαντική μείωση του χρόνου κατασκευής και συναρμολόγησης.
Πέρα από τα ακροφύσια πυραύλων, η NASA πιστεύει ότι το νέο κράμα A6061-RAM2 θα μπορούσε να οδηγήσει στην παραγωγή άλλων ελαφρών εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται σε πυραύλους που θα μπορούσαν να μειώσουν τις απαιτήσεις βάρους χωρίς να διακυβεύεται η αντοχή, η οποία θα μπορούσε ενδεχομένως να επιτρέψει την επέκταση της χωρητικότητας φορτίου για επανδρωμένες αποστολές στη Σελήνη και τον Άρη, καθώς και μελλοντικές αποστολές στο βαθύ διάστημα εξοπλισμένες με ωφέλιμα φορτία που αποτελούνται από επιστημονικά όργανα και τις πηγές καυσίμων στις οποίες θα βασίζονται για ενέργεια.
Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για το πρόγραμμα RAMFIRE της NASA και τη νέα χρήση 3D εκτυπωμένων εξαρτημάτων αλουμινίου Εδώ.