Merevolusi Perangkat Keras Penerbangan:Komponen Dirgantara Cetak 3D di Orbit

Manufaktur Aditif Dirgantara di Orbit:Merekayasa Satelit Cetak 3D untuk Penerbangan

Selama beberapa dekade, manufaktur dirgantara ditentukan oleh aluminium, titanium, dan waktu tunggu yang lama. Komponen struktural dikerjakan, diikat, diperiksa, dan dirakit melalui proses yang mengutamakan kepastian daripada kecepatan. 

Jadi apa yang terjadi jika manufaktur aditif tidak hanya membuat prototipe perangkat keras, namun juga terbang di orbit? 

Hal itulah yang terjadi ketika mantan ilmuwan NASA Tony Boschi dan tim di Sidus Space mulai membangun LizzieSat, satelit cetak 3D sebagian yang dirancang untuk diluncurkan dengan misi Transporter-9 SpaceX. 

Apa yang mereka buktikan selama ini adalah hal yang harus diperhatikan oleh setiap pemimpin teknik: 

Manufaktur aditif dirgantara tidak lagi bersifat eksperimental. Ini sudah operasional.

Tony Boschi dari Sidus Space menjelaskan bagaimana pencetakan 3D serat karbon berkelanjutan dan material Markforged memungkinkan pengembangan LizzieSat, satelit cetak sebagian 3D yang dirancang untuk misi multi-industri.

Kendala Teknik:100 Kilogram, Tidak Lebih

LizzieSat dirancang dengan batasan massa yang ketat:seluruh satelit harus memiliki berat kurang dari 100 kilogram. 

Bagi para insinyur dirgantara, angka tersebut segera menjelaskan masalahnya. 

Baterai mengkonsumsi banyak. Komputer penerbangan mengkonsumsi banyak hal. Sistem muatan mengkonsumsi banyak. Sistem tenaga mengkonsumsi massa. 

Struktur sering kali menjadi peluang penurunan berat badan, namun struktur juga harus tetap bertahan: 

• Peluncuran 5G dimuat
• Paparan radiasi matahari
• Perubahan suhu mendekati 300°F (200°C)
• Kehidupan orbit beberapa tahun

Selama peluncuran, gravitasi berlipat ganda. Komponen internal seberat lima pon secara efektif berbobot 25 pon pada 5G. Struktur seberat 100 pon mengalami gaya 500 pon. Kasus beban itu sendiri menghilangkan banyak material dari pertimbangan. 

Tim Sidus tidak ingin membangun pesawat ruang angkasa dengan tujuan tunggal. Mereka membayangkan platform bus satelit fleksibel yang mampu mendukung banyak pelanggan, industri, dan jenis misi. Daripada meluncurkan lusinan satelit khusus, LizzieSat dapat beradaptasi dengan beragam muatan. 

Fleksibilitas tersebut memerlukan sistem struktural yang ringan, kuat, dapat diiterasi dengan cepat, dan diproduksi secara presisi. Pemesinan tradisional tidak akan membawa mereka ke sana dengan cukup cepat.

Mengapa Manufaktur Aditif Dirgantara Mengubah Persamaan

Pada manufaktur aluminium konvensional, perubahan desain menimbulkan gesekan. Revisi teknik harus dirilis. Bagian-bagiannya harus dikerjakan ulang. Perakitan mungkin perlu dikerjakan ulang. Waktu tunggu diperpanjang. 

Boschi memiliki tujuan berbeda:mendesain dengan kecepatan inovasi. 

Menggunakan Markforged X7, Sidus mulai memproduksi komponen struktural yang diperkuat dengan serat karbon kontinu. Ini bukanlah pembuatan prototipe kosmetik — ini adalah perangkat keras struktural. 

Penguatan serat karbon berkelanjutan memberikan kekuatan yang sebanding dengan aluminium sekaligus mengurangi bobot secara signifikan. Yang lebih penting lagi, geometri tidak lagi dibatasi oleh manufaktur subtraktif. 

Jika desainnya berubah, implementasinya tidak memerlukan waktu berminggu-minggu. 

Butuh satu hari. 

Boschi menjelaskan perbedaannya dengan jelas:ketika ada perubahan, tim dapat mencetak ulang komponen struktural baru dan segera mengintegrasikannya. Untuk program satelit yang beroperasi pada jadwal komersial yang agresif, kecepatan tersebut bukanlah suatu kenyamanan, namun merupakan keunggulan kompetitif. 

Inilah peluang yang diberikan oleh manufaktur aditif ruang angkasa:iterasi tanpa penalti.

Pertanyaan Kualifikasi Luar Angkasa

Insinyur yang mengevaluasi manufaktur aditif pasti menanyakan pertanyaan yang sama: 

Bisakah ia bertahan di luar angkasa? 

Sidus menjawab pertanyaan itu dengan data, bukan asumsi. Tim tersebut menerima hibah untuk mengembangkan platform uji terbang, sebuah struktur eksperimental yang akan dikirim ke Stasiun Luar Angkasa Internasional. Mereka dengan cepat membuat prototipe pemegang sampel menggunakan Markforged Onyx dan mengintegrasikannya ke dalam eksperimen. 

Rencana awal memerlukan sekitar 15 minggu paparan di orbit. Sebaliknya, bagian-bagian tersebut tetap berada di luar ISS selama satu tahun penuh. 

Di luar angkasa, material menghadapi tekanan yang tiada henti. Radiasi matahari langsung mendegradasi polimer. Siklus suhu mendorong material melalui ekspansi dan kontraksi ekstrem. Kondisi vakum memperlihatkan kelemahan. 

Ketika sampel kembali ke Bumi, beberapa material menunjukkan degradasi yang terlihat. 

Bagian Onyx tidak. 

Menurut Boschi, tidak ada perbedaan yang dapat diukur antara bagian-bagian yang telah menghabiskan waktu satu tahun di luar angkasa dan bagian-bagian yang baru dicetak pada mesin. Tidak ada kompromi struktural. Tidak ada kerusakan permukaan. Tidak ada perilaku material yang tidak terduga. 

Untuk manufaktur aditif dirgantara, validasi nyata seperti ini lebih penting daripada lembar data apa pun; hal ini menunjukkan bahwa komponen cetakan 3D komposit yang direkayasa dengan baik dapat bertahan di orbit. 

Validasi tersebut kini telah melampaui platform pengujian. Dengan tiga LizzieSat yang berhasil diluncurkan sejak tahun 2024, dan beroperasi di orbit, komponen struktur tambahan telah beralih dari uji paparan eksperimental ke arsitektur satelit yang telah terbukti dalam penerbangan.

Presisi yang Memungkinkan Desain Struktur Baru

Salah satu kontributor massa satelit yang paling diabaikan adalah perangkat keras, khususnya pengencang. 

Tim Boschi mulai mengajukan pertanyaan sederhana:bagaimana jika kita bisa melepas sekrup seluruhnya? 

Dengan menggunakan kebebasan desain aditif, mereka merekayasa fitur pengikat yang saling terkait secara presisi langsung ke komponen struktural. Bagian-bagiannya digeser ke posisinya dan dikunci dengan toleransi dalam sepersepuluh ribu inci, kurang dari ketebalan selembar kertas dibagi tiga. 

Geometri ini akan sangat sulit, bahkan tidak mungkin, untuk dikerjakan secara konvensional. Namun dengan pencetakan 3D serat berkelanjutan dari printer 3D industri, pencetakan tersebut dapat diulang dan dapat diandalkan. 

Dengan menghilangkan perangkat keras yang tidak perlu dan mengintegrasikan fitur pengikat ke dalam struktur itu sendiri, tim mengurangi massa sambil menjaga integritas struktural di bawah beban peluncuran. 

Ini bukan perbaikan bertahap, melainkan pemikiran ulang struktural yang dimungkinkan oleh manufaktur aditif.

Memenuhi Persyaratan Material Dirgantara:Ketahanan Kebakaran dan Ketertelusuran

Kekuatan saja tidak cukup di luar angkasa. Ketertelusuran dan kepatuhan material sangat penting, khususnya untuk program pertahanan, pemerintah, dan ruang angkasa komersial.

Sidus beralih ke pencetakan komponen struktural menggunakan Onyx FR, bahan tahan api, dan Onyx FR-A, yang menambah keterlacakan bahan secara penuh. Penunjukan “A” memungkinkan pelacakan tingkat batch kembali ke asal produksi – sebuah persyaratan bagi banyak sistem kualitas ruang angkasa. 

Jika terjadi keretakan atau geser, teknisi dapat menelusuri garis keturunan material, menganalisis akar permasalahan, dan menerapkan tindakan perbaikan. Tingkat akuntabilitas tersebut menyelaraskan manufaktur aditif dengan ekspektasi tingkat kedirgantaraan. 

Bagi manajer teknis yang bertanggung jawab atas kepatuhan dan sertifikasi, hal ini sering kali menjadi mata rantai yang hilang dalam mengadopsi manufaktur aditif untuk aplikasi struktural. 

Markforged menutup kesenjangan itu.

Satelit Cetak 3D sebagai Platform, Bukan Prototipe

LizzieSat dirancang untuk masa misi lima tahun. Umur panjang tersebut mencerminkan kepercayaan tidak hanya pada perangkat elektronik satelit tetapi juga pada integritas strukturalnya. 

Makna yang lebih luas bukan hanya karena ini adalah satelit cetak 3D. 

Manufaktur aditif dirgantara memungkinkan terciptanya platform modular yang mampu melayani banyak industri dan pelanggan. Alih-alih membangun pesawat luar angkasa yang dipesan khusus untuk setiap misi, Sidus menciptakan arsitektur yang fleksibel. 

Skalabilitas seperti itu sangat penting dalam pasar ruang angkasa komersial yang berkembang pesat. 

Dan perangkat ini dibuat, diuji, diluncurkan, dan divalidasi menggunakan pencetakan 3D komposit dari printer 3D industri.

Apa Artinya Bagi Pemimpin Teknik

Banyak tim teknik masih memandang manufaktur aditif sebagai alat pembuatan prototipe. Sesuatu untuk jig, perlengkapan, atau model konsep. 

LizzieSat mendemonstrasikan sesuatu yang sama sekali berbeda. 

Pencetakan 3D dirgantara dapat:

• Mengurangi massa struktural
• Aktifkan geometri yang mustahil dikerjakan
• Hilangkan perangkat keras melalui pengikat terintegrasi
• Mempercepat siklus iterasi desain
• Memenuhi persyaratan kebakaran dan ketertelusuran
• Bertahan hidup selama satu tahun di luar angkasa 

Bagi manajer teknis yang menjalankan tim manufaktur tingkat lanjut, pertanyaannya bukan lagi apakah bahan aditif dapat digunakan di ruang angkasa. 

Apakah pesaing Anda sudah menggunakannya untuk bergerak lebih cepat. 

Jika Anda mengevaluasi kesesuaian aditif dengan peta jalan kedirgantaraan Anda, jelajahi bagaimana Markforged mendukung aplikasi penting dalam penerbangan, luar angkasa, dan pertahanan.

Semua blog dan informasi yang terkandung dalam blog tersebut adalah hak cipta dari Markforged, Inc. dan tidak boleh disalin, dimodifikasi, atau diadopsi dengan cara apa pun tanpa izin tertulis dari kami. Blog kami mungkin berisi merek layanan atau merek dagang kami, serta afiliasi kami. Penggunaan Anda atas blog kami bukan merupakan hak atau lisensi apa pun bagi Anda untuk menggunakan merek layanan atau merek dagang kami tanpa izin sebelumnya dari kami. Informasi yang Dipalsukan yang disediakan di blog kami tidak boleh dianggap sebagai nasihat profesional. Kami tidak berkewajiban memperbarui atau merevisi blog berdasarkan informasi baru, kejadian selanjutnya, atau lainnya.

Jangan pernah melewatkan satu artikel pun

Berlangganan untuk mendapatkan konten Markforged baru di kotak masuk Anda