Foguetes impressos em 3D prontos para decolar

Se o lançamento do Terran1 deste verão de Cabo Canaveral for um sucesso, Espaço de relatividade será a primeira empresa de fabricação aeroespacial a enviar um foguete totalmente impresso em 3D para o espaço. Logo depois, uma start-up da Califórnia chamada lançador implantará sua plataforma de satélite Orbiter alimentada por motores de foguete impressos em 3D depois de obter um impulso no espaço de um SpaceX.

É difícil superestimar o impacto que a impressão 3D – também chamada de manufatura aditiva – teve na indústria espacial. Nenhuma outra tecnologia permitiu que tantas empresas entrassem nesse setor e entregassem veículos, motores e foguetes em tão pouco tempo a custos tão baixos. E agora, o número de fabricantes de foguetes iniciantes está prestes a crescer à medida que mais impressoras 3D disponíveis comercialmente provam a tarefa de produzir componentes dignos de espaço.

Por exemplo, a empresa aeroespacial sediada no Reino Unido Orbex espera que seus foguetes impressos em 3D, feitos com a mais recente impressora 3D de metal da fabricante alemã EOS, decolem da Escócia até o final do ano. E nos EUA, o jovem fabricante de motores de foguete Ursa Maior está recebendo pedidos agora para seu novo motor de propulsão Arroway projetado para substituir as fontes de propulsão fabricadas na Rússia agora indisponíveis. Também é impresso em 3D usando impressoras 3D de metal disponíveis.

“Acho que nossa empresa não existiria sem a impressão 3D”, diz Jake Bowles, diretor de manufatura avançada e materiais da Ursa Major, que passou cinco anos na SpaceX. “Nossa evolução foi fortemente ligada à existência e maturidade da impressão 3D.”

A Ursa Major se propôs a trazer um motor ao mercado em um ritmo muito mais rápido do que havia sido feito antes, em meses e não em anos, o que só foi possível com prototipagem e fabricação com impressoras 3D, diz Bowles.

Enquanto a Relativity Space e outros desenvolveram tecnologia de impressão 3D proprietária para seus foguetes, Bowles diz que o uso de novas impressoras 3D comerciais permitiu à Ursa Major manter os custos sob controle e iterar projetos rapidamente, sem ter que tropeçar no desenvolvimento de tecnologia inicial exigido com impressoras 3D caseiras .

“Nossa equipe está constantemente avaliando novas empresas de impressoras 3D que lançam inovações porque há muita concorrência por uma fatia do mercado de lançamentos aeroespaciais e espaciais”, diz Bowles. Prevê-se que o tamanho do mercado global de impressão 3D aeroespacial atinja US$ 9.27 bilhões até 2030, de acordo com a Strategic Market Research.

As empresas estão correndo para oferecer as opções mais poderosas, flexíveis e baratas para empresas, como a AmazonAMZN
, que estão procurando colocar satélites em órbita para fornecer banda larga global, capturar imagens de alta resolução da atividade na Terra e até mesmo estabelecer hotéis em estações espaciais privadas para os ultra-ricos.

Impressão 3D impulsionando a corrida para comercializar o espaço

Com a tecnologia de manufatura aditiva reduzindo os custos de lançamento em até 95% em comparação com o programa de ônibus espaciais da NASA, a porta está aberta para mais serviços da órbita, gerando forte concorrência entre os fabricantes de foguetes. O slogan da empresa do Launcher parece um anúncio do Walmart: “Em qualquer lugar do espaço com o menor custo”.

A redução de milhões no custo de implantação de satélites recebeu recentemente o financiamento do Launcher da Força Espacial dos EUA para desenvolver ainda mais seu motor de foguete líquido de alto desempenho E-2 impresso em 3D para o veículo de lançamento Launcher Light, programado para voar em 2024. Força Espacial dos EUA disse: “O motor de foguete líquido E-2 da Launcher tem o potencial de reduzir significativamente o preço para entregar pequenos satélites em órbita em pequenos veículos de lançamento dedicados, que é uma capacidade e prioridade chave para a Força Espacial”.

Para reduzir custos e acelerar a produção, o Launcher também usa impressoras 3D da EOS, bem como a Velo3D da Califórnia.

“Peças de turbobombas para motores de foguete normalmente requerem fundição, forjamento e soldagem”, diz Max Haot, fundador e CEO da Launcher. “As ferramentas necessárias para esses processos aumentam o custo de desenvolvimento e reduzem a flexibilidade entre as iterações do projeto. A capacidade de imprimir em 3D nossa turbobomba, incluindo rotores revestidos Inconel rotativos, graças à tecnologia de zero grau da Velo3D, possibilita agora a um custo menor e maior inovação por meio da iteração entre cada protótipo.”

Com os métodos tradicionais de fabricação para a indústria aeroespacial, é comum ouvir falar de prazos de entrega de nove a 12 meses e enormes despesas em ferramentas para construir e testar, algo como um motor de combustão encenado rico em oxigênio alimentado por bomba, diz Eduardo Rondon, um sênior de propulsão analista da Ursa Major, outro veterano da SpaceX. “A manufatura aditiva nos permite colocar um novo design na bancada de teste, decidir fazer uma mudança, trabalhar em uma arquitetura alternativa, imprimi-la e colocá-la na bancada em semanas.”

A Orbex 3D imprime seus foguetes no mesmo tipo de impressora que a Launcher, a AMCM M4K-4 plataforma de impressão em metal da EOS, lançada em 2021. A empresa também utilizou impressoras 3D em metal da empresa alemã SLM Solutions.

Impressão 3D não apenas para iniciantes

A impressão 3D tem uma longa história no espaço desde que a SpaceX lançou seu motor de foguete SuperDraco impresso em 3D em 2013.

A gigante aeroespacial Aerojet RocketdyneAJRD
redesenhou sua família de motores de foguete Bantam em 2017, aproveitando ao máximo os recursos de fabricação aditiva que reduzem o tempo total de projeto e fabricação de mais de um ano para alguns meses, reduzindo o custo em cerca de 65% em comparação com os métodos convencionais de fabricação.

“Esses motores, que normalmente seriam compostos por mais de 100 peças, são construídos a partir de apenas três componentes principais fabricados com aditivos: o conjunto do injetor, a câmara de combustão e uma garganta monolítica e seção de bico”, diz a empresa.

A Rocket Lab, outra pioneira em lançamentos de satélites comerciais, lançou pela primeira vez seu motor de foguete leve impresso em 3D, o Rutherford, em 2017. Sua câmara de combustão, injetores, bombas e válvulas propulsoras principais são todas impressas em 3D e já alimentaram 27 lançamentos, incluindo o desta semana.

Na terça-feira, Rocket Lab's O motor Rutherford alimentou o foguete Electron da empresa da Nova Zelândia com uma carga útil da NASA com destino à lua.

Apesar do fato de que a NASA e veteranos de lançamento experientes testaram, validaram e incorporaram a manufatura aditiva em seus programas por anos, a tecnologia de impressão 3D comercial de hoje e os materiais avançados de liga metálica amadureceram tão rapidamente que empresas como Launcher, Ursa Major e Orbex podem obter do protótipo ao lançamento em menos tempo por menos dinheiro.

“Começamos desde o primeiro dia projetando em torno da impressão 3D e aproveitando os recursos que ela oferece”, diz Bowels. “Isso nos permitiu construir know-how interno sobre como otimizar projetos para impressão 3D, que podemos aplicar a novos mecanismos que precisamos desenvolver e vender para atender à demanda do mercado. E já sabendo como fazer isso, podemos chegar ao mercado mais rapidamente.”