금속 3D 프린팅을 통한 궤도 내 제조 발전

금속 3D 프린팅 기술은 지난 5년 동안 눈부신 발전을 이루었습니다. 재료 과학, 배송 방식, 그리고 자동화의 발전으로 3D 프린팅은 경제에서 더욱 보편화되었습니다. 이제 3D 프린팅은 대기권 밖에서도 활용될 준비가 되었습니다. 알아야 할 사항들을 소개합니다.

3D 프린팅은 큰 사업이다

3D 프린팅 산업은 지속적으로 사업을 확장하고 있습니다. BGC 연구원들은 95년까지 2032D 프린팅 산업의 가치가 2022억 달러를 넘어설 것으로 예측했습니다. 이러한 부가가치는 18년 시장 가치가 XNUMX억 달러였던 것에 비해 엄청난 성장을 의미합니다. 이제 세계 유수의 우주 탐사팀들이 여행 관련 문제에 대한 해결책을 모색함에 따라 시장은 새로운 국면을 맞이할 것으로 예상됩니다.

금속 3D 프린팅

오늘날 다양한 스타일의 3D 프린팅이 사용되고 있습니다. 특히, 금속 3D 프린팅은 최근 몇 년 동안 가장 중요한 업그레이드를 보였습니다. 금속 3D 프린터는 가열된 금속을 미리 정해진 패턴으로 연속적으로 추가한 후 냉각시켜 형태를 만들어냅니다. 이 제품 인쇄 방법을 사용하면 항공기 및 의료 부품에 사용할 수 있는 복잡한 중량 품목을 생산할 수 있습니다.

출처 – ESA

우주에서의 인쇄

미래의 우주 탐사 팀은 자원 부족을 보완하기 위해 이와 같은 장치를 사용해야 합니다. 따라서 지구 외 대기 조건에서 3D 프린팅을 연구하기 위해 공동의 노력이 기울여졌습니다. 따라서 ESA 연구자들은 다양한 중력이 재료와 공정에 미치는 영향을 연구하고 싶었습니다.

우주에서 물건을 인쇄하는 것은 인류의 노력을 새로운 목적지로 끌어올릴 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 장치는 폐기물을 줄이고, 유연성을 향상시키며, 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 물론 우주 인쇄에는 진정한 잠재력을 발휘하기 전에 극복해야 할 문제가 있습니다. 특히, 압력과 중력이 부족하여 재료를 겹겹이 쌓기가 어렵습니다.

우주정거장 최초의 금속 3D 프린팅

이번 달은 ESA(유럽 우주국)가 국제 우주 정거장의 미세중력 환경에서 여러 3D 금속 부품을 성공적으로 프린팅했다고 발표하면서 우주 3D 프린팅 분야에서 중요한 이정표가 되는 달입니다. 이 소식은 3D 프린팅 산업이 우주 분야에 진출한 최초의 사례 중 하나입니다. 현재 EU는 업계에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 제공하는 최신 연구를 통해 이 시장을 주도하고 있습니다.

금속 3D 프린터 기술 시연자

혁신적인 ESA 연구팀은 이 테스트를 위한 미세중력 시나리오를 수용하도록 설계된 특수 목적의 금속 3D 프린터를 만들었습니다. 180kg의 장치는 스테인레스 스틸 와이어를 활용하여 순차적으로 적용되는 작은 층에 단단한 금속 제품과 도구를 만듭니다. 다음으로, 와이어를 가열하기 위해 강력한 레이저가 통합되었습니다. 이 레이저는 금속을 액체로 변환할 만큼 강력하며, 액체는 인쇄 어플리케이터에 공급되는 용융 풀로 떨어집니다.

안전 기능

이 프린터에 통합된 일부 주요 안전 기능은 우주 여행에 고유합니다. 예를 들어, 장치는 열이 실내로 빠져나가는 것을 흡수하고 방지하도록 설계된 상자 내에 완전히 밀봉되어 있습니다. 이 보호 기능은 또한 심우주 탐험가에게 잠재적으로 치명적일 수 있는 연기가 우주선으로 확장되는 것을 방지합니다.

가상 모니터링

업그레이드된 3D 프린터의 또 다른 멋진 기능은 완전 자동화 및 지상 제어 장치의 제어입니다. 지상 승무원이 모든 기술 요구 사항을 처리하므로 승무원은 휴식을 취할 수 있습니다. 우주비행사가 완료해야 하는 유일한 단계는 질소 가스를 열어 우주선 내에서 적절한 환기가 이루어지도록 하는 것입니다.

이러한 통제 방식이 필수적인 주된 이유 중 하나는 특정 연구원이 임무를 계속 수행할 수 없더라도 장거리 우주 여행을 가능하게 하기 때문입니다. 지상 승무원은 필요시 생존 승무원에게 적절한 물류 및 물자 지원을 제공할 수 있습니다.

지원

테스트 과정의 일환으로 3개의 부품이 설계되어 지구에서 우주정거장 프린터로 전송되었습니다. 지상 통제팀은 본격적인 XNUMXD 프린팅 프로세스를 성공적으로 시작, 제어, 모니터링 및 검토했습니다. 인쇄된 단위는 이제 추가 테스트를 위해 이동 중입니다.

구체적으로 4개 단위 중 2개 단위는 유럽 우주 비행사 센터와 덴마크 기술 대학(DTU)으로 이동됩니다. 마지막 두 개의 프린트는 네덜란드 ESTEC의 유명한 재료 및 전기 부품 연구소에서 테스트됩니다. 여기에서는 품질, 내구성, 일관성 또는 향후 임무를 위태롭게 할 수 있는 기타 요인의 차이를 조사하기 위해 지상 인쇄 버전과 비교합니다.

3D 프린터 설치

고급 금속 3D 프린터의 또 다른 멋진 측면은 모듈성입니다. 프린터는 Columbus 모듈 내의 European Draw Rack Mark II에 직접 장착되도록 고안되었습니다. 이 접근 방식을 통해 이러한 장치는 호환되는 모든 우주 기관에서 사용할 수 있습니다. 특히 설치 작업을 맡은 사람은 ESA 우주 비행사 Andreas Mogensen이었습니다.

국제 우주 정거장

2000년 460월에 발사된 국제우주정거장(ISS)은 국제 협력의 등대 역할을 합니다. 6톤에 달하는 이 거대한 우주선은 100개의 침실과 완비된 체육관을 갖추고 있으며, 길이는 약 16미터(28,800미터)입니다. 특히 이 과학 실험장은 시속 16km라는 놀라운 속도로 하루에 24바퀴 지구를 공전합니다. 이 속도 덕분에 탑승객들은 360시간마다 XNUMX번의 일출을 감상할 수 있습니다. 더 좋은 점은 우주정거장의 XNUMX도 베이윈도우를 통해 숨 막힐 듯 아름다운 순간들을 감상할 수 있다는 것입니다.

과학 연구 활동

오늘날 ISS는 우주에서 새로운 기술을 연구하고 시험하는 데 필수적인 요소입니다. 이 부유 실험실은 장시간 미소중력 상태에서 물체를 시험할 수 있는 특별한 공간을 제공합니다. ISS 발사 이후 수천 건의 실험과 시험이 수행되었으며, 진정한 장시간 미소중력 경험을 할 수 있는 몇 안 되는 장소 중 하나로 남아 있습니다.

저중력 상태에서의 품질 확인

이러한 테스트가 미래 탐사에 필수적인 주된 이유는 연구자들이 금속 3D 프린팅이 우주에서 어떻게 작동하는지에 대한 데이터가 제한되어 있기 때문입니다. 일반 중력 시나리오에서 장치는 복합 재료를 쉽게 쌓을 수 있습니다. 미세 중력, 난기류 및 기타 조건을 처리할 때 이 프로세스는 더욱 어려워집니다.

연구자들이 시험하고자 하는 핵심 측면 중 하나는 인쇄된 장치를 지상 기반 장치와 비교하여 얼마나 내구성 있게 제작할 수 있는지입니다. 연구진은 특히 적층 공정에서 미세 중력 조건이 금속 재료에 부정적인 영향을 미칠 수 있는지 알아보고자 합니다. 따라서 이러한 인쇄된 장치의 최종 검토에 대한 기대감이 매우 높습니다.

우주에서 금속 3D 프린터의 장점

이미 우주에서 작동 중인 금속 3D 프린터가 있다는 사실은 놀라운 사실입니다. 이러한 장치의 이점은 너무 커서 수년 동안 우주 기관과 3D 프린팅 회사가 최소한의 중력으로 항목을 만드는 데 따른 많은 복잡성을 해결하기 위해 협력해 왔습니다.

특히 3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 필요한 물건을 현장에서 제작할 수 있다는 점이다. 우주 여행자에게는 이것이 최선의 선택이 될 것입니다. 우주 탐사 TV 시리즈와 달리 승무원이 재보급을 위해 행성으로 전송을 보낼 가능성은 거의 없습니다. 대부분의 경우 우주 비행사는 우주선에 있는 것에서 필요한 것을 만들 수 있어야 합니다. 알아야 할 몇 가지 다른 이점은 다음과 같습니다.

더 낮은 무게/비용

3파운드(약 XNUMX파운드)를 우주로 운반하는 데 드는 비용은 수천 달러에 달합니다. 따라서 렌치, 드라이버, 그리고 필수적이지만 항상 필요하지는 않은 기타 장비와 같은 저기술 수리 장비에 대한 예산이 많지 않습니다. XNUMXD 프린팅은 로켓을 궤도에 올려 보급품을 보내는 것보다 빠르고 비용이 적게 드는 실용적인 대안을 제공합니다.

새로운 도구 디자인

이 금속 3D 프린터의 또 다른 놀라운 장점은 새로운 도구와 기기가 발명되는 즉시 제작할 수 있다는 것입니다. 미래의 우주인들은 상상하기 힘든 희귀한 환경에서 작업할 수 있도록 특수 제작된 도구가 필요할 것입니다. 금속 3D 프린터는 이러한 승무원들이 임무 수행에 필요한 유연성과 적응력을 발휘할 수 있도록 해줄 것입니다.

낭비 감소

아이러니하게도 쓰레기 처리는 미래 우주 여행 작업의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 쓰레기를 길가에 버리고 천천히 환경에 용해되기를 바라는 지구와는 달리, 우주 쓰레기는 미래의 여행자에게 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

가장 작은 우주 쓰레기 조각은 위성, 우주선 및 우주 비행사를 포함한 기타 민감한 품목을 손상시킬 수 있을 만큼 빠르게 이동하고 있습니다. 안타깝게도, 낮은 지구 궤도는 이미 우주 쓰레기로 가득 차 있습니다. 3D 프린팅은 폐기물을 줄여 우주 쓰레기를 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다.

고급 금속 3D 프린터를 사용하면 이미 생산된 품목을 녹이고 해당 재료를 재사용하여 다른 장치를 만들 수 있습니다. 우주비행사가 렌치를 사용하여 항목을 다시 녹이고 작업을 완료하는 데 필요한 또 다른 귀중한 도구로 인쇄하는 것을 상상해 보십시오. 이 비전은 불필요한 낭비를 제거하고 미래에 보다 안전한 우주 여행을 위한 문을 열어줍니다.

연구원

Rob Postema, Sébastien Girault 및 기타 존경받는 엔지니어를 포함한 ESA의 연구원들은 우주에서 금속 3D 프린팅의 주요 개선 영역을 발견하기 위해 이러한 테스트를 수행했습니다. 특히 이 프로젝트는 에어버스의 자금 지원 덕분에 가능했다. Airbus는 세계 최고의 자동 자동화 회사 중 하나이자 EU의 선두 경쟁자입니다.

금속 3D 프린팅의 미래

금속 3D 프린팅의 미래는 밝아 보입니다. 이러한 최근의 발전은 더 많은 AI 통합과 결합되어 이 기술에 대한 기술적, 재정적 장벽을 계속해서 낮추고 있습니다. 특히 일부 연구자들은 주택, 도구, 예비 부품, 심지어 인간 장기까지 인쇄되는 미래를 보고 있습니다.

3D 프린팅을 선도하는 기업

3D 프린팅 산업은 단순한 프린팅 제조업체 그 이상입니다. 많은 회사들이 고급 3D 프린팅 제품을 전문적으로 다루고 있습니다. 스풀 재료 제공업체, 디자이너, 소프트웨어 개발자 등이 있습니다. 이러한 모든 구성 요소가 함께 작동하여 3D 프린팅 통합을 추진하는 데 도움이 됩니다. 우주에서의 3D 프린팅에 대한 최신 연구로부터 혜택을 받을 수 있는 몇 가지 회사는 다음과 같습니다.

1. 데스크탑 메탈

(DM )

Desktop Metal은 세계 최고의 3D 프린팅 하드웨어 공급업체 중 하나입니다. 이 회사는 당시 2015D 프린팅 산업의 구성 요소를 하나로 모으는 것을 목표로 3년에 설립되었습니다. 특히 이 회사는 Google Ventures, BMW, Ford Motor Company를 포함한 주요 투자자로부터 438억 XNUMX만 달러의 자금을 확보했습니다.

매사추세츠에 본사를 둔 이 제조업체는 산업 고객을 위해 금속 및 탄소 섬유 3D 프린터를 설계합니다. 현재 주요 자동차 및 항공우주 기업 고객을 보유하고 있습니다. 이를 통해 MIT 테크놀로지 리뷰의 '가장 똑똑한 50대 기업'에 선정되고 세계경제포럼의 지원을 받는 등 상당한 인정을 받고 있습니다.

DM 주식은 회사의 시장 입지와 금속 3D 프린팅 부문의 성장으로 인해 매수 가치가 있는 것으로 평가됩니다. 이러한 요소들과 해당 프로젝트에 대한 탄탄한 지원은 Desktop Metal을 잠재력이 있는 현명한 투자처로 만듭니다.

2. Eastman Chemical Company

(EMN )

Eastman Chemical Company는 3D 프린팅에 필요한 화학 물질 및 기타 재료를 제공합니다. 이 회사는 1920년 George Eastman이 설립한 이래 산업 고객에게 고품질 서비스와 제품을 제공하는 것으로 명성을 쌓아 왔습니다. 오늘날에도 여전히 시장의 선구적인 세력으로 남아 있습니다.

특히 Eastman Chemical Company는 과거 성과로 여러 차례 찬사를 받았습니다. 예를 들어, 2013년 미국화학협회(ACC)는 모두가 탐내는 “올해의 Responsible Care Company” 상을 수여했습니다. 이러한 요인으로 인해 Eastman Chemical Company는 균형잡힌 포트폴리오에 스마트하게 추가될 수 있습니다.

고급 금속 3D 프린팅 – 배포를 위한 기술 준비

금속 3D 프린팅이 우주 여행객이나 접근하기 어려운 지역에 있는 사람들에게 이상적인 선택인 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 거의 무한한 디자인을 제작하고 생산할 수 있는 이러한 도구는 모든 작업에 귀중한 자산이 됩니다. 앞으로 소재와 공정의 지속적인 발전 덕분에 3D 프린터 가격은 계속해서 하락할 것입니다. 따라서 앞으로 더 많은 기회를 얻기 위해 3D 프린팅 산업의 최신 동향을 파악하는 것이 현명합니다.

다른 Cool Manufacturing에 대해 알아보기 기술