¿Qué son las 3D?

Jun 21, 2023

Un cohete impreso en 3D es una nave espacial que presenta componentes fabricados aditivamente utilizando tecnología de impresión 3D. En comparación con la mayoría de los cohetes tradicionales, la variedad impresa en 3D consume menos combustible, es más liviana y se construye en una fracción del tiempo.

Los motores y las estructuras de los cohetes impresos en 3D se pueden construir en una sola pieza, sin juntas, costuras ni soldaduras. Su proceso de fabricación aditiva también agiliza los procesos de producción, ya que requiere poca o ninguna herramienta y menos piezas, al tiempo que permite a las nuevas empresas aeroespaciales participar en la creación rápida de prototipos.

Un cohete impreso en 3D es una nave espacial funcional que se compone en gran medida de piezas fabricadas aditivamente.

En este momento, los cohetes impresos en 3D se desarrollan principalmente como vehículos de lanzamiento de satélites, que transportan satélites y los colocan en órbitas terrestres bajas específicas. Con un mayor desarrollo, eventualmente podrían usarse para viajes espaciales con pasajeros y misiones con destino a Marte.

"Casi cualquier cosa se puede imprimir en 3D hoy en día, y será posible imprimir más en el futuro", dijo a Built In Ryan Kraft, director senior de rendimiento integrado de la empresa privada de cohetes Relativity Space. "El desafío es determinar qué imprimir y cómo integrar mejor los componentes impresos en el sistema general del vehículo de lanzamiento".

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La carrera espacial es igual de competitiva cuando se imprime en 3D, y cada startup inventa su propio enfoque novedoso a medida que avanza. Dicho esto, existen siete tipos totales de fabricación aditiva, de los cuales dos toman la delantera: la fusión en lecho de polvo (específicamente la sinterización selectiva por láser) y la deposición de energía dirigida.

Lo más común es que los cohetes impresos en 3D y sus componentes se fabriquen utilizando un método de fusión en lecho de polvo conocido como sinterización selectiva por láser, dijo Tony Hoffman, analista senior que prueba y revisa impresoras 3D en PCMag. Durante este proceso, explicó, se utilizan láseres para fundir y fusionar un polvo metálico que se distribuye, capa por capa, para crear el objeto deseado.

Utilizando un software de diseño asistido por computadora (CAD), se carga el plano y luego se divide en secciones transversales delgadas. Luego, esos datos se transfieren al equipo de fabricación: una máquina grande y cuadrada con una ventana incorporada y un rodillo nivelador. En cada paso, el rodillo pasa de un lado a otro, como una viga en un escáner de oficina, extendiendo una fina capa de material en polvo sobre la bandeja de construcción. Luego, un láser dibuja el diseño según las instrucciones programadas utilizando calor aplicado que une el material. La bandeja de construcción baja un nivel y la siguiente capa se construye sobre la capa anterior, ahora solidificada (de ahí el "agregar" en "fabricación aditiva"). Este proceso se repite hasta que se completa el diseño.

Pero como puedes imaginar, una sola caja no sirve para todos cuando se trata de construir naves del tamaño de un cohete. Otra técnica, utilizada por la NASA y la Relatividad, se conoce como deposición de energía dirigida.

"Estas impresoras tienen que ser muy grandes porque los componentes que intentan producir son muy grandes", dijo Kurt Anderson, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear en el Instituto Politécnico Rensselaer.

En este método, un brazo robótico de múltiples ejes dirige una fuente de energía, como un arco de plasma, un láser o un haz de electrones, siguiendo un modelo CAD. A medida que la boquilla extruye un filamento (probablemente una aleación metálica liviana que incluye aluminio o titanio), funde el material y lo deposita en una bandeja de construcción giratoria.

"Dada la forma cilíndrica de paredes delgadas de muchos componentes necesarios de los cohetes", dijo Anderson, "las impresoras 3D orientadas a la construcción de cohetes tenderían a tener manipuladores robóticos espaciales trabajando junto con una plataforma giratoria central muy grande".

De esta manera, las representaciones digitales se pueden convertir en componentes físicos y funcionales de escala, con las limitaciones del tamaño de su base y de la cámara en la que se construye una pieza.

Los tanques de oxidante, los tanques de propulsor, las campanas de las toberas del motor, los cuerpos exteriores del cohete y algunas de las tuberías son todos componentes de un cohete que se prestan para ser impresos en 3D, dijo Anderson. Las cámaras de combustión, los inyectores, las bombas y las válvulas también forman parte de la lista.

Otras piezas que no requieren un alto nivel de precisión o resistencia en su construcción también son sólidas candidatas para ser cambiadas por un equivalente impreso en 3D, añadió.

Sin embargo, cualquier artículo que tenga umbrales químicos, térmicos o de resistencia; Las características esenciales que no se ajustan bien (en cuanto a tamaño) y aquellas con consistencias o tolerancias que exceden las capacidades de una impresora (sin un acabado excesivo) tal vez deberían optar por la fabricación tradicional.

El resultado: no tenemos ningún cohete que esté completamente impreso en 3D.

"La mayoría de las empresas en este momento parecen más interesadas en cómo integrar mejor la impresión 3D en sus flujos de trabajo [existentes]", dijo Hoffman, "en lugar de imprimir en 3D cohetes enteros, per se".

Dado lo lejos que ha llegado la tecnología, no se trata tanto de qué se puede y qué no se puede imprimir, sino más bien de qué se debe hacer: agregar el mayor valor.

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Sí: la startup aeroespacial Relativity Space lanzó Terran 1, el primer cohete impreso en 3D que llegó al espacio el 22 de marzo de 2023 en Cabo Cañaveral, Florida. Si bien el avión de 110 pies de alto y 7,5 pies de ancho no logró entrar en órbita durante su viaje inaugural, "demostró que los cohetes impresos en 3D son estructuralmente viables", dijo Kraft.

Completo con 10 motores en total, el 85 por ciento del cohete propulsado por metano fue impreso en 3D.

Si bien la impresión 3D reduce los costos, descongestiona los cuellos de botella de la cadena de suministro y acelera el desarrollo, también dispara la demanda. A continuación se muestran algunos proyectos y sus respectivas empresas liderando el espacio.

La próxima generación de cohetes impresos en 3D de Relativity Space presenta Terran R, una nave espacial reutilizable de elevación media a pesada diseñada para lanzar cargas útiles de 50.000 libras al espacio, 20 veces más. Al igual que Terran 1, el nuevo modelo será un cohete de dos etapas, pero duplicará su tamaño: medirá 270 pies de alto y 18 pies de diámetro. La startup con sede en California tiene la intención de que Terran R esté disponible en los sectores comercial y gubernamental, y comenzará en 2026.

La startup aeroespacial con sede en el Reino Unido presenta su primer prototipo impreso en 3D llamado Prime. El microlanzador mide 62 pies de largo y se utilizará para poner en órbita pequeños satélites comerciales. Cada uno de sus siete motores está construido en una sola pieza utilizando una mezcla ligera de metales de aluminio y titanio a través de una impresora interna de alto volumen. Como parte del “sistema de lanzamiento ecológico” de Orbex, Prime utilizará un combustible biopropano renovable, que se dice que reduce las emisiones de carbono en un 90 por ciento en comparación con los combustibles típicos para cohetes, según el sitio web de la compañía. Prime también está diseñado para ser reutilizable y no dejar rastros de escombros en la Tierra o en el espacio.

Después de la adquisición por parte de Vast de la startup competidora Launcher, la compañía aeroespacial con sede en California que quiere construir estaciones espaciales privadas de gravedad artificial para que las personas vivan y trabajen en órbita durante hasta 30 días seguidos heredó una línea de líquidos impresos en 3D. -motores de cohetes. Ofreciendo “menos propulsor con más carga útil”, el modelo E-2 de 50 pies puede transportar 330 libras a la órbita terrestre baja, según el sitio web de Launcher. Alimentadas por oxígeno líquido y propulsores a base de queroseno, las cámaras de combustión de la nave espacial están completamente impresas en 3D utilizando aleaciones de cobre.

Ursa Major, una empresa aeroespacial con sede en Colorado que se especializa en propulsión de cohetes, está desarrollando cuatro motores, todos los cuales están construidos en un 80 por ciento mediante impresión 3D. La fabricación aditiva acorta la producción a un mes, afirmó la empresa en un boletín. Con una propulsión de 4.000 a 200.000 libras, los cohetes de Ursa Major están hechos de componentes de motor a base de aleación de cobre y estarán destinados a lanzamientos espaciales y aplicaciones hipersónicas.

El fabricante de vuelos espaciales Aerojet Rocketdyne, con sede en California, se ha asociado con la NASA para construir un motor totalmente impreso en 3D que funcionará exclusivamente con una mezcla de oxígeno líquido e hidrógeno líquido. Utilizando su anterior modelo RS-25, uno que se ha utilizado durante 40 años como motor principal en transbordadores espaciales, como modelo, la compañía ahora está diseñando piezas impresas en 3D. Hasta ahora, la potencia de empuje del motor ha aumentado un 13 por ciento y los costes se han reducido en un 30 por ciento. Una vez completada, la versión moderna se utilizará en la misión Artemis III de la NASA, que devolverá a los humanos a la superficie de la luna por primera vez en medio siglo.

Un cohete impreso en 3D es una nave espacial funcional compuesta principalmente de piezas fabricadas aditivamente.

Un cohete impreso en 3D está hecho de aleaciones metálicas ligeras fusionadas mediante métodos de fabricación aditiva, como la sinterización selectiva por láser y la deposición directa de energía. Los materiales comunes utilizados incluyen aluminio, titanio, cobre, níquel y cromo, entre otros.

Sí. El primer cohete impreso en 3D que llegó al espacio fue Terran 1 de Relativity. Su viaje inaugural tuvo lugar el 22 de marzo de 2023.