बीसवीं शताब्दी से ही मानव जाति अंतरिक्ष की खोज और पृथ्वी से परे की दुनिया को समझने के लिए उत्सुक रही है। नासा और ईएसए जैसे प्रमुख संगठन अंतरिक्ष अन्वेषण में अग्रणी रहे हैं, और इस उपलब्धि में 3डी प्रिंटिंग का भी महत्वपूर्ण योगदान है। कम लागत में जटिल पुर्जों को तेजी से बनाने की क्षमता के कारण, यह डिज़ाइन तकनीक कंपनियों में तेजी से लोकप्रिय हो रही है। इससे उपग्रह, स्पेससूट और रॉकेट के पुर्जे जैसे कई अनुप्रयोगों का निर्माण संभव हो पाता है। वास्तव में, स्मार्टेक के अनुसार, निजी अंतरिक्ष उद्योग में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का बाजार मूल्य 2026 तक 2.1 बिलियन यूरो तक पहुंचने की उम्मीद है। इससे यह सवाल उठता है: 3डी प्रिंटिंग अंतरिक्ष में मानव जाति की सफलता में कैसे सहायक हो सकती है?
आरंभ में, 3D प्रिंटिंग का उपयोग मुख्य रूप से चिकित्सा, ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस उद्योगों में त्वरित प्रोटोटाइपिंग के लिए किया जाता था। हालाँकि, जैसे-जैसे यह तकनीक अधिक व्यापक होती गई, इसका उपयोग अंतिम प्रयोजन के घटकों के लिए भी तेजी से होने लगा। धातु योजक निर्माण तकनीक, विशेष रूप से L-PBF, ने अंतरिक्ष की चरम स्थितियों के लिए उपयुक्त गुणों और स्थायित्व वाली विभिन्न धातुओं के उत्पादन को संभव बनाया है। अन्य 3D प्रिंटिंग तकनीकें, जैसे कि DED, बाइंडर जेटिंग और एक्सट्रूज़न प्रक्रिया, भी एयरोस्पेस घटकों के निर्माण में उपयोग की जाती हैं। हाल के वर्षों में, मेड इन स्पेस और रिलेटिविटी स्पेस जैसी कंपनियों द्वारा 3D प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके एयरोस्पेस घटकों को डिज़ाइन करने के साथ नए व्यावसायिक मॉडल उभर कर सामने आए हैं।
रिलेटिविटी स्पेस एयरोस्पेस उद्योग के लिए 3डी प्रिंटर विकसित कर रही है।
एयरोस्पेस में 3डी प्रिंटिंग तकनीक
अब जब हमने इनका परिचय दे दिया है, तो आइए एयरोस्पेस उद्योग में उपयोग की जाने वाली विभिन्न 3D प्रिंटिंग तकनीकों पर विस्तार से नज़र डालें। सबसे पहले, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, विशेष रूप से L-PBF, इस क्षेत्र में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। इस प्रक्रिया में लेजर ऊर्जा का उपयोग करके धातु के पाउडर को परत दर परत पिघलाया जाता है। यह विशेष रूप से छोटे, जटिल, सटीक और अनुकूलित पुर्जों के उत्पादन के लिए उपयुक्त है। एयरोस्पेस निर्माता DED से भी लाभ उठा सकते हैं, जिसमें धातु के तार या पाउडर को जमा किया जाता है और इसका उपयोग मुख्य रूप से धातु या सिरेमिक पुर्जों की मरम्मत, कोटिंग या अनुकूलित उत्पादन के लिए किया जाता है।
इसके विपरीत, बाइंडर जेटिंग, उत्पादन गति और कम लागत के लिहाज से फायदेमंद होने के बावजूद, उच्च-प्रदर्शन वाले यांत्रिक पुर्जों के उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि इसमें पोस्ट-प्रोसेसिंग सुदृढ़ीकरण चरणों की आवश्यकता होती है जो अंतिम उत्पाद के निर्माण समय को बढ़ा देते हैं। एक्सट्रूज़न तकनीक अंतरिक्ष वातावरण में भी प्रभावी है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि सभी पॉलिमर अंतरिक्ष में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं, लेकिन पीईईके जैसे उच्च-प्रदर्शन वाले प्लास्टिक अपनी मजबूती के कारण कुछ धातु के पुर्जों का स्थान ले सकते हैं। हालांकि, यह 3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया अभी भी बहुत व्यापक रूप से प्रचलित नहीं है, लेकिन नए पदार्थों का उपयोग करके यह अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए एक मूल्यवान संपत्ति बन सकती है।
लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (एल-पीबीएफ) एयरोस्पेस के लिए 3डी प्रिंटिंग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है।
अंतरिक्ष सामग्री की क्षमता
एयरोस्पेस उद्योग 3D प्रिंटिंग के माध्यम से नई सामग्रियों की खोज कर रहा है और ऐसे अभिनव विकल्प पेश कर रहा है जो बाजार में क्रांतिकारी बदलाव ला सकते हैं। टाइटेनियम, एल्युमीनियम और निकल-क्रोमियम मिश्रधातु जैसी धातुएँ हमेशा से मुख्य केंद्र रही हैं, लेकिन एक नई सामग्री जल्द ही सबका ध्यान आकर्षित कर सकती है: चंद्र रेगोलिथ। चंद्र रेगोलिथ चंद्रमा को ढकने वाली धूल की एक परत है, और ESA ने इसे 3D प्रिंटिंग के साथ संयोजित करने के लाभों को प्रदर्शित किया है। ESA के वरिष्ठ विनिर्माण अभियंता एडवेनिट मकाया चंद्र रेगोलिथ को कंक्रीट के समान बताते हैं, जो मुख्य रूप से सिलिकॉन और अन्य रासायनिक तत्वों जैसे लोहा, मैग्नीशियम, एल्युमीनियम और ऑक्सीजन से बना होता है। ESA ने Lithoz के साथ साझेदारी करके वास्तविक चंद्रमा की धूल के समान गुणों वाले कृत्रिम चंद्र रेगोलिथ का उपयोग करके पेंच और गियर जैसे छोटे कार्यात्मक पुर्जे तैयार किए हैं।
चंद्रमा की मिट्टी के निर्माण में शामिल अधिकांश प्रक्रियाओं में ऊष्मा का उपयोग होता है, जिससे यह एसएलएस और पाउडर बॉन्डिंग प्रिंटिंग जैसी तकनीकों के अनुकूल हो जाती है। ईएसए ठोस पुर्जे बनाने के लिए डी-शेप तकनीक का भी उपयोग कर रहा है, जिसमें मैग्नीशियम क्लोराइड को अन्य सामग्रियों के साथ मिलाकर और कृत्रिम नमूने में पाए जाने वाले मैग्नीशियम ऑक्साइड के साथ संयोजित किया जाता है। इस चंद्र सामग्री का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी बेहतर प्रिंट रिज़ॉल्यूशन है, जिससे उच्चतम सटीकता के साथ पुर्जे बनाना संभव होता है। यह विशेषता भविष्य के चंद्र अड्डों के लिए अनुप्रयोगों की श्रृंखला का विस्तार करने और घटकों के निर्माण में प्राथमिक लाभ साबित हो सकती है।
चंद्र रेगोलिथ हर जगह मौजूद है
मंगल ग्रह पर पाई जाने वाली भूमिगत सामग्री, जिसे मंगल ग्रह की रेगोलिथ कहा जाता है, भी मौजूद है। फिलहाल, अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष एजेंसियां इस सामग्री को प्राप्त नहीं कर सकतीं, लेकिन वैज्ञानिकों ने कुछ अंतरिक्ष परियोजनाओं में इसकी संभावनाओं पर शोध करना बंद नहीं किया है। शोधकर्ता इस सामग्री के कृत्रिम नमूनों का उपयोग कर रहे हैं और इसे टाइटेनियम मिश्र धातु के साथ मिलाकर उपकरण या रॉकेट के पुर्जे बना रहे हैं। शुरुआती परिणामों से पता चलता है कि यह सामग्री अधिक मजबूती प्रदान करेगी और उपकरणों को जंग और विकिरण से होने वाले नुकसान से बचाएगी। हालांकि इन दोनों सामग्रियों के गुण समान हैं, फिर भी चंद्र रेगोलिथ पर सबसे अधिक परीक्षण किए गए हैं। इसका एक और फायदा यह है कि इन सामग्रियों का निर्माण पृथ्वी से कच्चे माल को लाने की आवश्यकता के बिना ही किया जा सकता है। इसके अलावा, रेगोलिथ एक अक्षय सामग्री स्रोत है, जिससे इसकी कमी को रोकने में मदद मिलती है।
एयरोस्पेस उद्योग में 3डी प्रिंटिंग तकनीक के अनुप्रयोग
एयरोस्पेस उद्योग में 3D प्रिंटिंग तकनीक के अनुप्रयोग, उपयोग की जाने वाली विशिष्ट प्रक्रिया के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (L-PBF) का उपयोग जटिल, अल्पकालिक पुर्जों, जैसे कि टूल सिस्टम या अंतरिक्ष स्पेयर पार्ट्स के निर्माण के लिए किया जा सकता है। कैलिफ़ोर्निया स्थित स्टार्टअप लॉन्चर ने अपने E-2 लिक्विड रॉकेट इंजन को उन्नत बनाने के लिए Velo3D की नीलम-धातु 3D प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग किया। निर्माता की प्रक्रिया का उपयोग इंडक्शन टरबाइन बनाने के लिए किया गया था, जो दहन कक्ष में LOX (तरल ऑक्सीजन) को गति देने और प्रवाहित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। टरबाइन और सेंसर दोनों को 3D प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके प्रिंट किया गया और फिर असेंबल किया गया। यह अभिनव घटक रॉकेट को अधिक द्रव प्रवाह और अधिक थ्रस्ट प्रदान करता है, जिससे यह इंजन का एक अनिवार्य हिस्सा बन जाता है।
Velo3D ने E-2 लिक्विड रॉकेट इंजन के निर्माण में PBF तकनीक के उपयोग में योगदान दिया।
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के कई व्यापक अनुप्रयोग हैं, जिनमें छोटी और बड़ी संरचनाओं का निर्माण शामिल है। उदाहरण के लिए, रिलेटिविटी स्पेस के स्टारगेट सॉल्यूशन जैसी 3डी प्रिंटिंग तकनीकों का उपयोग रॉकेट ईंधन टैंक और प्रोपेलर ब्लेड जैसे बड़े पुर्जों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। रिलेटिविटी स्पेस ने टेरान 1 के सफल उत्पादन के माध्यम से इसे साबित किया है, जो लगभग पूरी तरह से 3डी-प्रिंटेड रॉकेट है, जिसमें कई मीटर लंबा ईंधन टैंक भी शामिल है। 23 मार्च, 2023 को इसके पहले प्रक्षेपण ने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रियाओं की दक्षता और विश्वसनीयता को प्रदर्शित किया।
एक्सट्रूज़न-आधारित 3D प्रिंटिंग तकनीक PEEK जैसी उच्च-प्रदर्शन सामग्री का उपयोग करके पुर्जे बनाने की सुविधा भी प्रदान करती है। इस थर्मोप्लास्टिक से बने घटकों का अंतरिक्ष में परीक्षण किया जा चुका है और संयुक्त अरब अमीरात के चंद्र मिशन के तहत इन्हें राशिद रोवर पर लगाया गया था। इस परीक्षण का उद्देश्य चंद्रमा की चरम स्थितियों में PEEK के प्रतिरोध का मूल्यांकन करना था। यदि यह परीक्षण सफल होता है, तो PEEK उन स्थितियों में धातु के पुर्जों का स्थान ले सकता है जहां धातु के पुर्जे टूट जाते हैं या सामग्री की कमी होती है। इसके अलावा, PEEK के हल्के होने के गुण अंतरिक्ष अन्वेषण में भी उपयोगी साबित हो सकते हैं।
3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग एयरोस्पेस उद्योग के लिए विभिन्न प्रकार के पुर्जों के निर्माण में किया जा सकता है।
एयरोस्पेस उद्योग में 3डी प्रिंटिंग के लाभ
अंतरिक्ष उद्योग में 3D प्रिंटिंग के फायदों में से एक यह है कि पारंपरिक निर्माण तकनीकों की तुलना में पुर्जों का अंतिम स्वरूप बेहतर होता है। ऑस्ट्रियाई 3D प्रिंटर निर्माता लिथोज़ के सीईओ जोहान्स होमा ने कहा, "यह तकनीक पुर्जों को हल्का बनाती है।" डिज़ाइन की स्वतंत्रता के कारण, 3D प्रिंटेड उत्पाद अधिक कुशल होते हैं और कम संसाधनों की आवश्यकता होती है। इसका पुर्जों के उत्पादन के पर्यावरणीय प्रभाव पर सकारात्मक असर पड़ता है। रिलेटिविटी स्पेस ने यह प्रदर्शित किया है कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग से अंतरिक्ष यान के निर्माण के लिए आवश्यक घटकों की संख्या में उल्लेखनीय कमी की जा सकती है। टेरान 1 रॉकेट के लिए 100 पुर्जे बचाए गए। इसके अलावा, इस तकनीक से उत्पादन गति में भी महत्वपूर्ण लाभ मिलते हैं, रॉकेट को 60 दिनों से भी कम समय में पूरा किया जा सकता है। इसके विपरीत, पारंपरिक तरीकों से रॉकेट बनाने में कई साल लग सकते हैं।
संसाधन प्रबंधन के संदर्भ में, 3D प्रिंटिंग से सामग्रियों की बचत हो सकती है और कुछ मामलों में अपशिष्ट पुनर्चक्रण भी संभव हो सकता है। अंततः, रॉकेटों के उड़ान भार को कम करने के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग एक मूल्यवान साधन साबित हो सकती है। इसका लक्ष्य रेगोलिथ जैसी स्थानीय सामग्रियों का अधिकतम उपयोग करना और अंतरिक्ष यान के भीतर सामग्रियों के परिवहन को न्यूनतम करना है। इससे केवल एक 3D प्रिंटर ले जाना संभव हो जाता है, जो यात्रा के बाद साइट पर ही सब कुछ तैयार कर सकता है।
मेड इन स्पेस ने परीक्षण के लिए अपने 3डी प्रिंटर में से एक को अंतरिक्ष में भेज दिया है।
अंतरिक्ष में 3डी प्रिंटिंग की सीमाएँ
हालांकि 3D प्रिंटिंग के कई फायदे हैं, फिर भी यह तकनीक अपेक्षाकृत नई है और इसकी कुछ सीमाएँ हैं। एडवेनिट मकाया ने कहा, "एयरोस्पेस उद्योग में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की मुख्य समस्याओं में से एक है प्रक्रिया नियंत्रण और सत्यापन।" निर्माता सत्यापन से पहले प्रयोगशाला में जाकर प्रत्येक भाग की मजबूती, विश्वसनीयता और सूक्ष्म संरचना का परीक्षण कर सकते हैं, जिसे गैर-विनाशकारी परीक्षण (NDT) कहा जाता है। हालांकि, यह समय लेने वाला और महंगा हो सकता है, इसलिए अंतिम लक्ष्य इन परीक्षणों की आवश्यकता को कम करना है। नासा ने हाल ही में इस समस्या के समाधान के लिए एक केंद्र स्थापित किया है, जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग द्वारा निर्मित धातु घटकों के त्वरित प्रमाणीकरण पर केंद्रित है। केंद्र का उद्देश्य उत्पादों के कंप्यूटर मॉडल को बेहतर बनाने के लिए डिजिटल ट्विन का उपयोग करना है, जिससे इंजीनियरों को भागों के प्रदर्शन और सीमाओं को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिलेगी, जिसमें यह भी शामिल है कि वे टूटने से पहले कितना दबाव सहन कर सकते हैं। ऐसा करके, केंद्र को एयरोस्पेस उद्योग में 3D प्रिंटिंग के अनुप्रयोग को बढ़ावा देने की उम्मीद है, जिससे यह पारंपरिक विनिर्माण तकनीकों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में अधिक प्रभावी हो सके।
इन घटकों का व्यापक विश्वसनीयता और मजबूती परीक्षण किया गया है।
दूसरी ओर, अंतरिक्ष में उत्पादन होने पर सत्यापन प्रक्रिया अलग होती है। ईएसए के एडवेनिट मकाया बताते हैं, "एक तकनीक है जिसमें प्रिंटिंग के दौरान पुर्जों का विश्लेषण किया जाता है।" यह विधि यह निर्धारित करने में मदद करती है कि कौन से मुद्रित उत्पाद उपयुक्त हैं और कौन से नहीं। इसके अतिरिक्त, अंतरिक्ष के लिए डिज़ाइन किए गए 3डी प्रिंटरों के लिए एक स्व-सुधार प्रणाली है जिसका परीक्षण धातु मशीनों पर किया जा रहा है। यह प्रणाली उत्पादन प्रक्रिया में संभावित त्रुटियों की पहचान कर सकती है और पुर्जे में किसी भी दोष को ठीक करने के लिए स्वचालित रूप से अपने मापदंडों को संशोधित कर सकती है। इन दोनों प्रणालियों से अंतरिक्ष में मुद्रित उत्पादों की विश्वसनीयता में सुधार होने की उम्मीद है।
3D प्रिंटिंग समाधानों को प्रमाणित करने के लिए, NASA और ESA ने मानक स्थापित किए हैं। इन मानकों में पुर्जों की विश्वसनीयता निर्धारित करने के लिए कई परीक्षण शामिल हैं। इनमें पाउडर बेड फ्यूजन तकनीक को ध्यान में रखा गया है और अन्य प्रक्रियाओं के लिए इन्हें अद्यतन किया जा रहा है। हालांकि, सामग्री उद्योग के कई प्रमुख खिलाड़ी, जैसे कि अर्केमा, BASF, डुपोंट और सबिक, भी यह ट्रेसिबिलिटी प्रदान करते हैं।
अंतरिक्ष में रहना?
3डी प्रिंटिंग तकनीक की प्रगति के साथ, हमने पृथ्वी पर कई सफल परियोजनाएं देखी हैं जिनमें इस तकनीक का उपयोग करके घर बनाए गए हैं। इससे यह सवाल उठता है कि क्या निकट या दूर भविष्य में अंतरिक्ष में रहने योग्य संरचनाओं के निर्माण के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि अंतरिक्ष में रहना फिलहाल अव्यावहारिक है, लेकिन घर बनाना, विशेष रूप से चंद्रमा पर, अंतरिक्ष मिशनों को अंजाम देने में अंतरिक्ष यात्रियों के लिए फायदेमंद हो सकता है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) का लक्ष्य चंद्र रेगोलिथ का उपयोग करके चंद्रमा पर गुंबद बनाना है, जिसका उपयोग अंतरिक्ष यात्रियों को विकिरण से बचाने के लिए दीवारें या ईंटें बनाने में किया जा सकता है। ईएसए के एडवेनिट मकाया के अनुसार, चंद्र रेगोलिथ लगभग 60% धातु और 40% ऑक्सीजन से बना है और अंतरिक्ष यात्रियों के जीवित रहने के लिए एक आवश्यक सामग्री है क्योंकि इस सामग्री से ऑक्सीजन का निरंतर स्रोत प्राप्त किया जा सकता है।
नासा ने चंद्रमा की सतह पर संरचनाएं बनाने के लिए 3डी प्रिंटिंग सिस्टम विकसित करने हेतु आइकॉन को 57.2 मिलियन डॉलर का अनुदान दिया है और कंपनी के साथ मिलकर मार्स ड्यून अल्फा नामक एक आवास का निर्माण भी कर रही है। इसका उद्देश्य मंगल ग्रह पर रहने की स्थितियों का परीक्षण करना है, जिसके लिए स्वयंसेवकों को एक वर्ष के लिए एक आवास में रखा जाएगा, जो लाल ग्रह की स्थितियों का अनुकरण करेगा। ये प्रयास चंद्रमा और मंगल पर सीधे 3डी प्रिंटेड संरचनाओं के निर्माण की दिशा में महत्वपूर्ण कदम हैं, जो अंततः मानव अंतरिक्ष उपनिवेशीकरण का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं।
सुदूर भविष्य में, ये घर अंतरिक्ष में जीवन को जीवित रखने में सक्षम बना सकते हैं।
पोस्ट करने का समय: 14 जून 2023
