In 3D ngành hàng không vũ trụ: Đỉnh cao công nghệ chinh phục không gian

Không phải ngành tạo mẫu, y học, thời trang, mỹ nghệ hay quân sự, đỉnh cao của công nghệ in 3D phải được đánh giá cao bởi giới khoa học trong ngành hàng không vũ trụ. Việc ứng dụng in 3D trong ngành hàng không vũ trụ đã mang lại bước phát triển mới với chi phí thấp, nhanh chóng, khả năng in phức tạp, tùy chỉnh linh hoạt. Vậy in 3D đã làm thế nào để trở thành "bệ phóng" chinh phục và thám hiểm không gian vũ trụ? Hãy cùng 3D Vạn Lộc tìm hiểu chi tiết qua bài viết sau đây nhé!

Tại sao ngành sản xuất hàng không vũ trụ sử dụng công nghệ in 3D?

1, Tạo mẫu và kiểm tra nhanh chóng: Công nghệ in 3D hỗ trợ việc tạo mẫu nhanh chóng, giúp kiểm tra các nguyên mẫu, tối ưu hóa thiết kế và thử nghiệm trước khi sản xuất hàng loạt, giảm thời gian và chi phí cho việc phát triển sản phẩm mới.

2, Tăng tốc độ sản xuất: In 3D giúp rút ngắn thời gian sản xuất, từ giai đoạn ý tưởng đến sản phẩm cuối cùng. Thay vì phải tạo khuôn hoặc dụng cụ đặc biệt, các bộ phận có thể được in trực tiếp theo thiết kế, tiết kiệm thời gian.

3, Giảm trọng lượng và tối ưu hóa thiết kế: Các bộ phận trong hàng không vũ trụ yêu cầu phải nhẹ nhưng vẫn đảm bảo độ bền cao. Công nghệ in 3D cho phép tạo ra các thiết kế phức tạp và tối ưu hóa hình dạng, giúp giảm trọng lượng của linh kiện mà không làm giảm tính năng cơ học.

4, Giảm thiểu lãng phí vật liệu: Quá trình sản xuất truyền thống thường cắt gọt vật liệu từ khối lớn, gây lãng phí. In 3D chỉ sử dụng lượng vật liệu cần thiết cho từng lớp, giúp tiết kiệm và giảm chi phí nguyên liệu.

5, Sản xuất các bộ phận phức tạp: In 3D cho phép sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp và chính xác cao mà phương pháp sản xuất truyền thống khó thực hiện.

Công nghệ in 3D giúp ngành hàng không vũ trụ rút ngắn quy trình thử nghiệm và giảm chi phí sản xuất

Các ứng dụng thực tiễn của in 3D trong ngành hàng không vũ trụ

Nhờ vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà công nghệ in 3D ngày nay đã và đang được nghiên cứu ứng dụng vào ngành hàng không vũ trụ đặc thù. Không chỉ dừng lại ở việc chế tạo các bộ phận, linh kiện, trang thiết bị phục vụ, in 3D còn có những bước tiến xa hơn trong lĩnh vực này.

Tên lửa vệ tinh cỡ nhỏ:

In 3D giờ đây đã có khả năng sản xuất các bộ phận  phức tạp của một vệ tinh hoặc tên lửa nhỏ dùng để phóng vệ tinh. Những bộ phận này thường yêu cầu trọng lượng nhẹ, độ bền cao và có khả năng chịu nhiệt lớn. Hiện nay, NASA đã cho thử nghiệm một vài vệ tinh cỡ nhỏ được sản xuất bằng công nghệ in 3D có thể phóng từ trạm ISS vào không gian để tiến hành thu thập dữ liệu và truyền thông tin về Trái Đất. Việc ứng dụng in 3D trong chế tạo vệ tinh cỡ nhỏ đã giúp cơ quan này tiết kiệm khá nhiều chi phí và thời gian.

Động cơ máy bay, tên lửa:

Công nghệ in 3D được ứng dụng để hỗ trợ sản xuất các bộ phận phức tạp của một động cơ máy bay, tên lửa giúp giảm trọng lượng và tối ưu hóa hiệu suất vận hành. General Electric (GE) đã sản xuất thành công các vòi phun nhiên liệu bằng in 3D cho động cơ máy bay LEAP. Ngoài ra, GE cũng đã sử dụng in 3D để tiến hành sản xuất động cơ phản lực cho các máy bay chiến đấu và trực thăng quân sự. Các vòi phun, động cơ này có kết cấu nhẹ, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

Công ty Rocket Lab đã phát triển và sản xuất động cơ tên lửa Rutherford sử dụng công nghệ in 3D. Đây là động cơ tên lửa quỹ đạo được in 3D nhiều nhất đầu tiên trên thế giới. Những thành phần chính của động cơ đều được in 3D như buồng đốt, vòi phun, bơm, van đẩy. Các bộ phận của động cơ này được in trong 24h từ vật liệu hợp kim, rút ngắn thời gian sản xuất so với các phương pháp sản xuất truyền thống.

Trang thiết bị chuyên dụng:

Các thiết bị hỗ trợ trong ngành hàng không vũ trụ như công cụ sửa chữa, giá đỡ, bộ phận đo lường chuyên dụng, bảo hộ cơ thể đều có thể được sản xuất nhanh chóng và tùy chỉnh bằng công nghệ in 3D. In 3D có thể tạo ra các thành phần cực kỳ nhẹ và bền, kể cả thiết kế có độ phức tạp cao trong khi vẫn tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt của ngành hàng không vũ trụ.

NASA sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất các dụng cụ sửa chữa và dụng cụ thử nghiệm tại Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Điều này giúp các phi hành gia có thể nhanh chóng sửa chữa hoặc sản xuất công cụ khi cần mà không phải chờ đợi các chuyến vận chuyển từ Trái Đất.

Một số bộ phận, linh kiện khác:

Một số bộ phận, linh kiện khác trong cấu tạo của máy bay, tên lửa như bộ cảm biến nhiệt độ, bộ trộn nhiên liệu, bộ trao đổi nhiệt, bộ tách hay cánh tua bin áp suất, giá đỡ, khung gắn, các thành phần bảo vệ cho thiết bị vệ tinh, máy bay đều có thể được in 3D nhanh chóng và chính xác. Khả năng tùy chỉnh theo yêu cầu sẽ giúp các bộ phận, linh kiện này đạt độ tương thích và đảm quả tính vận hành tốt cho các động cơ, cấu trúc.

Có thể nhắc đến như Airbus sử dụng in 3D để sản xuất các giá đỡ cabin và linh kiện nhỏ cho máy bay A350 XWB. Các linh kiện này giúp máy bay giảm trọng lượng tổng thể, tăng hiệu quả nhiên liệu và tiết kiệm chi phí vận hành. Autodesk và Airbus cũng đã tiết lộ thành phần cabin máy bay in 3D lớn nhất thế giới là một "vách ngăn sinh học" để ngăn cách khoang hành khách với bếp. Thiết kế sáng tạo này mô phỏng cấu trúc tế bào hữu cơ và sự phát triển của xương được tìm thấy ở các sinh vật sống dựa trên in 3D. Giá đỡ cabin bằng titan của Airbus được sản xuất với sự trợ giúp của công nghệ in kim loại 3D. Linh kiện sinh học này nhẹ hơn 30 phần trăm so với linh kiện được phay theo cách truyền thống.

In 3D được ứng dụng trong sản xuất tên lửa vệ tinh, động cơ máy bay, trang thiết bị, bộ phận chuyên dụng

Thách thức và xu hướng tương lai của in 3D trong ngành hàng không vũ trụ

Được xem là đỉnh cao của ngành hàng không vũ trụ, tuy nhiên in 3D vẫn đang trong quá trình thử nghiệm là chính và phải đối mặt với nhiều thách thức. Mặc dù vậy, in 3D vẫn có thể mở ra nhiều xu hướng tương lai đầy triển việc cho ngành đặc thù này.

1, Thách thức 

 - Hạn chế về vật liệu in: Sự hạn chế trong vật liệu in và công nghệ in cho ngành hàng không vũ trụ vẫn là một rào cản lớn. Các vật liệu chịu nhiệt, chịu lực như hợp kim cao cấp, vẫn còn khá đắt đỏ và khó sản xuất hàng loạt.

- Vấn đề về nguồn năng lượng: Đây là một trong những thách thức được quan tâm bởi NASA khi các công nghệ in 3D như in laser kim loại và in SLA (stereolithography) tiêu thụ rất nhiều năng lượng, đặc biệt là khi cần tạo ra các bộ phận kim loại chịu lực lớn cho hàng không vũ trụ. Quá trình làm tan chảy và kết dính kim loại đòi hỏi mức năng lượng cao, làm tăng chi phí và gây khó khăn cho sản xuất bền vững.

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn: Quy trình sản xuất ứng dụng in 3D có thể tối ưu hóa quá trình và tiết kiệm chi phí, vật liệu, thời gian, công sức. Tuy nhiên, để có được trang thiết bị hiện đại và được nâng cấp đổi mới liên tục, ngành công nghiệp hàng không vũ trụ vẫn cần phải bỏ ra một khoảng chi phí lớn cho đầu tư và 3D hóa.

- Hạn chế về kích thước in: Mặc dù in 3D có thể sản xuất các hình dạng phức tạp nhưng in 3D vẫn còn gặp khó khăn khi in các kích thước lớn và yêu cầu độ phân giải cao. Đối với các bộ phận lớn, đòi hỏi độ chi tiết cao thì việc sản xuất thông qua in 3D có thể không hiệu quả.

- Yêu cầu về nhân lực chuyên môn: Để vận hành và sử dụng thành thạo in 3D trong thiết kế và sản xuẩt công nghệ hàng không vũ trụ, bên cạnh kiến thức chuyên ngành, đội ngũ nhân lực còn phải được đào tạo sâu về mặt công nghệ, đặc biệt với in 3D. Giai đoạn đầu của việc tiếp cận in 3D, ngành công nghiệp hàng không vũ trụ sẽ có thể phải bỏ ra nhiều chi phí cơ hội để có nguồn nhân lực chất lượng cao.

>>> Xem thêm: Dịch vụ in 3D tại Hồ Chí Minh

2, Xu hương tương lai

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu sẽ đưa ra những dòng vật liệu mới chỉ để phục vụ cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Thay vì sử dụng vật liệu composite, nhựa nhiệt dẻo chịu nhiệt cao, và hợp kim titan như hiện nay, các vật liệu siêu nhẹ, chịu nhiệt, và chống ăn mòn tốt hơn sẽ được nghiên cứu nhằm tạo ra các linh kiện bền và nhẹ mà vẫn đạt tiêu chuẩn an toàn chất lượng cho ngành hàng không vũ trụ.

Theo NASA, mục tiêu hướng đến của ngành hàng không vũ trụ là đưa công nghệ in 3D vào không gian. In 3D sẽ có tiềm năng được triển khai trong không gian để sản xuất các linh kiện hoặc thiết bị cần thiết ngay tại trạm không gian hoặc xa hơn nữa là trên bề mặt các hành tinh khác như Mặt Trăng nhằm hỗ trợ xây dựng cơ sở hạ tầng và chinh phục vụ trụ.

Ngoài ra, sự kết hợp giữa in 3D và công nghệ trí tuệ nhân tạo AI là một điểm sáng đáng mong chờ trong ngành hàng không vũ trụ. Sự kết hợp này sẽ giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và sản xuất. AI có thể phân thích dữ liệu thực tế, tính toán hợp lý, phát hiện lỗi và chỉnh sửa để tối ưu các thiết kế in 3D nhằm tạo ra sản phẩm hoàn thiện hơn.

Trong tương lai, in 3D áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ

>>> Xem thêm: Dịch vụ in 3D theo yêu cầu chuyên nghiệp

Tổng kết

In 3D trong ngành hàng không vũ trụ đang mở ra nhiều cơ hội mới để chinh phục và thám hiểm không gian vũ trụ. Không chỉ giúp tiết kiệm thời gian, chi phí, tối ưu hóa quá trình sản xuất mà còn cho phép tùy chỉnh linh hoạt, cấp thiết mọi lúc, mọi nơi. Tuy vẫn còn tồn tại nhiều thách thức về vật liệu và năng lượng nhưng nhìn chung công nghệ in 3D trong ngành hàng không vũ trụ đang dần khắc phục các thách thức hiện tại và tiến tới ứng dụng rộng rãi hơn nhờ vào những tiến bộ kỹ thuật và các xu hướng đổi mới tiềm năng.

>>> Xem thêm: Báo giá in 3D cập nhật mới nhất