Wydrukowany satelita

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) powołała do życia konsorcjum, które opracuje technologię przestrzennego druku elementów metalowych. Będą one lżejsze, mocniejsze i tańsze niż tradycyjnie wytwarzane części.

Projekt znany pod nazwą „Amaze” (Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products) z budżetem 20 mln euro skupia 28 partnerów przemysłowych i naukowych. We Francji, Niemczech, Włoszech i Norwegii powstają zakłady, które będą brały udział w produkcji elementów metodą druku 3D. W ramach projektu „Amaze” naukowcy już rozpoczęli drukowanie części silnika odrzutowego i profili skrzydła samolotu wielkości 2 metrów.

Te elementy wysokiej wytrzymałości są zazwyczaj budowane z drogich metali, takich jak tytan, tantal i wanad.

15 października w londyńskim Muzeum Nauki specjaliści spotkali się, aby przedyskutować dotychczasowe osiągnięcia i rozwiązać problemy, jakie stoją przed konsorcjum. Drukowanie przestrzenne już zrewolucjonizowało projektowanie wyrobów z tworzyw sztucznych. Dotychczasowe metody produkcji części do rakiet i samolotów opierają się głównie na ich wycinaniu z kawałków metalu lub odlewaniu. W ten sposób powstaje wiele odpadów.

– Do wyprodukowania jednego kilograma metalu należy użyć jeden kilogram metalu – a nie 20 kg – powiedział Franco Ongaro z ESA.

Nakładanie warstwa po warstwie – co jest istotą druku 3D – pozwoli na uzyskanie bardzo skomplikowanych kształtów, które nie zawsze są możliwe do osiągnięcia przy konwencjonalnych odlewach z metalu. Części mogą być optymalizowane, dzięki temu lżejsze i – jednocześnie – niezwykle wytrzymałe. Zmniejszenie masy nawet 1 kg dla samolotu dalekiego zasięgu pozwoli zaoszczędzić setki tysięcy dolarów i dobrze wpłynie na jego żywotność.

– Naszym celem jest, aby wydrukować satelitę w jednym kawałku, który nie musi być spawany lub skręcany – powiedział David Jarvis, szef ESA ds. nowych materiałów i badań energii. – Pozwoli nam to zaoszczędzić połowę kosztów – to miliony euro. Ale są i problemy. Podstawowy to porowatość, małe pęcherzyki powietrza w produkcie. Następny to nierówna powierzchnia wykończenia. Musimy je wyeliminować, jeśli chcemy osiągnąć jakość przemysłową.

Podczas dyskusji w Londynie członkowie konsorcjum po raz pierwszy zaprezentowali stop wolframu, który jest wytrzymały na temperaturę do 3 tys. st. C. Odporność na taką temperaturę jest wymagana np. w dyszach rakiet lub wewnątrz reaktorów termojądrowych.

– Chcemy budować elementy metalowe najlepszej jakości w historii. Takich przedmiotów nie można wykonać w dowolny inny sposób – powiedział David Jarvis. – Zbudowanie reaktora termojądrowego (takiego jak ITER powstający na południu Francji) to tak, jakby zamknąć ciepło Słońca w metalowym pudełku. Jeśli uda nam się drukowanie 3D, jesteśmy na dobrej drodze do komercyjnego wykorzystania fuzji jądrowej.

W tym procesie lekkie jądra atomowe izotopów wodoru: deuteru i trytu łączą się. Powstają cięższe jądra helu oraz energia. Synteza jąder jest możliwa w bardzo wysokiej temperaturze.

Innym zastosowaniem dla drukowanych części metalowych byłaby produkcja części silników rakietowych i lotniczych. Taka produkcja została już sprawdzona w praktyce. Firma General Electric zastosowała ją do produkcji wtryskiwaczy paliwa w jednym z silników lotniczych.