20 ویں صدی کے بعد سے، نسل انسانی کو خلاء کی تلاش اور یہ سمجھنے کی طرف راغب کیا گیا ہے کہ زمین سے باہر کیا ہے۔ناسا اور ای ایس اے جیسی بڑی تنظیمیں خلائی تحقیق میں سب سے آگے رہی ہیں اور اس فتح میں ایک اور اہم کھلاڑی تھری ڈی پرنٹنگ ہے۔کم قیمت پر تیزی سے پیچیدہ پرزے تیار کرنے کی صلاحیت کے ساتھ، یہ ڈیزائن ٹیکنالوجی کمپنیوں میں تیزی سے مقبول ہوتی جا رہی ہے۔یہ بہت سے ایپلی کیشنز کی تخلیق کو ممکن بناتا ہے، جیسے سیٹلائٹ، اسپیس سوٹ، اور راکٹ کے اجزاء۔درحقیقت، سمار ٹیک کے مطابق، 2026 تک پرائیویٹ اسپیس انڈسٹری ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کی مارکیٹ ویلیو €2.1 بلین تک پہنچنے کی توقع ہے۔ اس سے یہ سوال پیدا ہوتا ہے: 3D پرنٹنگ انسانوں کو خلا میں بہتر بنانے میں کس طرح مدد کر سکتی ہے؟
ابتدائی طور پر، 3D پرنٹنگ بنیادی طور پر طبی، آٹوموٹو، اور ایرو اسپیس صنعتوں میں تیز رفتار پروٹو ٹائپنگ کے لیے استعمال ہوتی تھی۔تاہم، جیسا کہ ٹیکنالوجی زیادہ وسیع ہو گئی ہے، یہ حتمی مقصد کے اجزاء کے لیے تیزی سے استعمال ہو رہی ہے۔دھاتی اضافی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی، خاص طور پر L-PBF، نے انتہائی خلائی حالات کے لیے موزوں خصوصیات اور استحکام کے ساتھ متعدد دھاتوں کی پیداوار کی اجازت دی ہے۔دیگر 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجیز، جیسے ڈی ای ڈی، بائنڈر جیٹنگ، اور اخراج کا عمل، ایرو اسپیس کے اجزاء کی تیاری میں بھی استعمال ہوتے ہیں۔حالیہ برسوں میں، نئے کاروباری ماڈل سامنے آئے ہیں، جن میں میڈ ان اسپیس اور ریلیٹیویٹی اسپیس جیسی کمپنیاں ایرو اسپیس کے اجزاء کو ڈیزائن کرنے کے لیے 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتی ہیں۔
ایرو اسپیس انڈسٹری کے لیے ریلیٹیویٹی اسپیس تھری ڈی پرنٹر تیار کررہا ہے۔
ایرو اسپیس میں 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی
اب جب کہ ہم نے انہیں متعارف کرایا ہے، آئیے ایرو اسپیس انڈسٹری میں استعمال ہونے والی مختلف 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجیز پر گہری نظر ڈالتے ہیں۔سب سے پہلے، یہ غور کرنا چاہیے کہ دھاتی اضافی مینوفیکچرنگ، خاص طور پر L-PBF، اس میدان میں سب سے زیادہ استعمال کیا جاتا ہے.اس عمل میں دھاتی پاؤڈر کی تہہ کو تہہ بہ تہہ فیوز کرنے کے لیے لیزر توانائی کا استعمال شامل ہے۔یہ چھوٹے، پیچیدہ، عین مطابق اور اپنی مرضی کے مطابق حصوں کی پیداوار کے لیے خاص طور پر موزوں ہے۔ایرو اسپیس مینوفیکچررز بھی DED سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں، جس میں دھاتی تار یا پاؤڈر جمع کرنا شامل ہے اور بنیادی طور پر مرمت، کوٹنگ، یا حسب ضرورت دھات یا سیرامک حصوں کی تیاری کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
اس کے برعکس، بائنڈر جیٹنگ، اگرچہ پیداوار کی رفتار اور کم لاگت کے لحاظ سے فائدہ مند ہے، لیکن یہ اعلیٰ کارکردگی والے مکینیکل پرزے تیار کرنے کے لیے موزوں نہیں ہے کیونکہ اس کے لیے پوسٹ پروسیسنگ کو مضبوط بنانے کے اقدامات کی ضرورت ہوتی ہے جو حتمی پروڈکٹ کے مینوفیکچرنگ کے وقت کو بڑھاتے ہیں۔اخراج ٹیکنالوجی خلائی ماحول میں بھی موثر ہے۔واضح رہے کہ تمام پولیمر خلا میں استعمال کے لیے موزوں نہیں ہوتے لیکن اعلیٰ کارکردگی والے پلاسٹک جیسے PEEK اپنی مضبوطی کی وجہ سے دھات کے کچھ پرزوں کی جگہ لے سکتے ہیں۔تاہم، یہ 3D پرنٹنگ کا عمل اب بھی زیادہ وسیع نہیں ہے، لیکن یہ نئے مواد کے استعمال سے خلائی تحقیق کے لیے ایک قیمتی اثاثہ بن سکتا ہے۔
لیزر پاؤڈر بیڈ فیوژن (L-PBF) ایرو اسپیس کے لئے 3D پرنٹنگ میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والی ٹیکنالوجی ہے۔
خلائی مواد کی صلاحیت
ایرو اسپیس انڈسٹری 3D پرنٹنگ کے ذریعے نئے مواد کی تلاش کر رہی ہے، ایسے اختراعی متبادل تجویز کر رہی ہے جو مارکیٹ میں خلل ڈال سکتے ہیں۔جب کہ ٹائٹینیم، ایلومینیم، اور نکل کرومیم مرکب دھاتیں ہمیشہ مرکزی توجہ کا مرکز رہی ہیں، ایک نیا مواد جلد ہی اسپاٹ لائٹ چرا سکتا ہے: قمری ریگولتھ۔Lunar regolith چاند کو ڈھانپنے والی دھول کی ایک تہہ ہے، اور ESA نے اسے 3D پرنٹنگ کے ساتھ ملانے کے فوائد کا مظاہرہ کیا ہے۔ای ایس اے کے ایک سینئر مینوفیکچرنگ انجینئر ایڈونیٹ مکایا نے قمری ریگولتھ کو کنکریٹ کی طرح بیان کیا ہے، جو بنیادی طور پر سلکان اور دیگر کیمیائی عناصر جیسے آئرن، میگنیشیم، ایلومینیم اور آکسیجن سے بنا ہے۔ESA نے Lithoz کے ساتھ شراکت داری کی ہے تاکہ چھوٹے فنکشنل پرزے تیار کیے جائیں جیسے کہ اصلی چاند کی دھول جیسی خصوصیات کے ساتھ مصنوعی قمری ریگولتھ کا استعمال کرتے ہوئے پیچ اور گیئرز۔
قمری ریگولتھ کی تیاری میں شامل زیادہ تر عمل گرمی کا استعمال کرتے ہیں، جو اسے SLS اور پاؤڈر بانڈنگ پرنٹنگ سلوشنز جیسی ٹیکنالوجیز کے ساتھ ہم آہنگ بناتے ہیں۔ESA D-Shape ٹیکنالوجی کا بھی استعمال کر رہا ہے جس کا مقصد میگنیشیم کلورائیڈ کو مواد کے ساتھ ملا کر اور اسے مصنوعی نمونے میں پائے جانے والے میگنیشیم آکسائیڈ کے ساتھ ملا کر ٹھوس پرزے تیار کرنا ہے۔چاند کے اس مواد کا ایک اہم فائدہ اس کی بہتر پرنٹ ریزولوشن ہے، جس سے یہ سب سے زیادہ درستگی کے ساتھ پرزے تیار کرنے کے قابل بناتا ہے۔یہ خصوصیت مستقبل کے قمری اڈوں کے لیے ایپلی کیشنز اور مینوفیکچرنگ اجزاء کی حد کو بڑھانے میں بنیادی اثاثہ بن سکتی ہے۔
قمری ریگولتھ ہر جگہ ہے۔
مریخ پر پائے جانے والے زیر زمین مواد کا حوالہ دیتے ہوئے مارٹین ریگولتھ بھی موجود ہے۔فی الحال، بین الاقوامی خلائی ایجنسیاں اس مواد کو بازیافت نہیں کرسکتی ہیں، لیکن اس نے سائنسدانوں کو بعض ایرو اسپیس منصوبوں میں اس کی صلاحیت پر تحقیق کرنے سے نہیں روکا ہے۔محققین اس مواد کے مصنوعی نمونوں کا استعمال کر رہے ہیں اور اسے ٹائٹینیم مرکب کے ساتھ جوڑ کر اوزار یا راکٹ کے اجزاء تیار کر رہے ہیں۔ابتدائی نتائج بتاتے ہیں کہ یہ مواد زیادہ طاقت فراہم کرے گا اور سامان کو زنگ لگنے اور تابکاری کے نقصان سے بچائے گا۔اگرچہ ان دونوں مواد میں ایک جیسی خصوصیات ہیں، پھر بھی قمری ریگولتھ سب سے زیادہ آزمائشی مواد ہے۔ایک اور فائدہ یہ ہے کہ یہ مواد زمین سے خام مال کی نقل و حمل کی ضرورت کے بغیر سائٹ پر تیار کیا جا سکتا ہے۔اس کے علاوہ، ریگولتھ ایک ناقابل تلافی مادی ذریعہ ہے، جو قلت کو روکنے میں مدد کرتا ہے۔
ایرو اسپیس انڈسٹری میں 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کی ایپلی کیشنز
ایرو اسپیس انڈسٹری میں 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کی ایپلی کیشنز استعمال ہونے والے مخصوص عمل کے لحاظ سے مختلف ہو سکتی ہیں۔مثال کے طور پر، لیزر پاؤڈر بیڈ فیوژن (L-PBF) پیچیدہ قلیل مدتی پرزے، جیسے ٹول سسٹم یا اسپیس اسپیئر پارٹس بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔لانچر، کیلیفورنیا میں قائم ایک اسٹارٹ اپ نے اپنے E-2 مائع راکٹ انجن کو بڑھانے کے لیے Velo3D کی نیلم دھاتی 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا۔کارخانہ دار کے عمل کو انڈکشن ٹربائن بنانے کے لیے استعمال کیا گیا، جو LOX (مائع آکسیجن) کو کمبشن چیمبر میں تیز کرنے اور چلانے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ٹربائن اور سینسر ہر ایک کو 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے پرنٹ کیا گیا اور پھر اسمبل کیا گیا۔یہ اختراعی جزو راکٹ کو زیادہ سیال بہاؤ اور زیادہ زور فراہم کرتا ہے، جو اسے انجن کا ایک لازمی حصہ بناتا ہے۔
Velo3D نے E-2 مائع راکٹ انجن کی تیاری میں PBF ٹیکنالوجی کے استعمال میں تعاون کیا۔
اضافی مینوفیکچرنگ میں وسیع ایپلی کیشنز ہیں، بشمول چھوٹے اور بڑے ڈھانچے کی پیداوار۔مثال کے طور پر، 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجیز جیسے Relativity Space's Stargate سلوشن کو راکٹ فیول ٹینک اور پروپیلر بلیڈ جیسے بڑے حصوں کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ریلیٹیویٹی اسپیس نے ٹیران 1 کی کامیاب پیداوار کے ذریعے یہ ثابت کیا ہے، تقریباً مکمل طور پر 3D پرنٹ شدہ راکٹ، جس میں کئی میٹر لمبا فیول ٹینک بھی شامل ہے۔23 مارچ 2023 کو اس کی پہلی لانچنگ نے اضافی مینوفیکچرنگ کے عمل کی کارکردگی اور قابل اعتمادی کا مظاہرہ کیا۔
اخراج پر مبنی 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی اعلی کارکردگی والے مواد جیسے PEEK کا استعمال کرتے ہوئے حصوں کی تیاری کی بھی اجازت دیتی ہے۔اس تھرمو پلاسٹک سے بنے اجزاء کو پہلے ہی خلا میں آزمایا جا چکا ہے اور متحدہ عرب امارات کے قمری مشن کے حصے کے طور پر راشد روور پر رکھا گیا تھا۔اس ٹیسٹ کا مقصد انتہائی قمری حالات کے خلاف PEEK کی مزاحمت کا جائزہ لینا تھا۔اگر کامیاب ہو، تو PEEK دھات کے پرزوں کو ان حالات میں تبدیل کرنے کے قابل ہو سکتا ہے جہاں دھات کے پرزے ٹوٹ جائیں یا مواد کی کمی ہو۔مزید برآں، PEEK کی ہلکی پھلکی خصوصیات خلائی تحقیق میں اہمیت کی حامل ہو سکتی ہیں۔
3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کو ایرو اسپیس انڈسٹری کے لیے مختلف حصوں کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
ایرو اسپیس انڈسٹری میں 3D پرنٹنگ کے فوائد
ایرو اسپیس انڈسٹری میں 3D پرنٹنگ کے فوائد میں روایتی تعمیراتی تکنیک کے مقابلے پرزوں کی حتمی شکل میں بہتری شامل ہے۔آسٹریا کے تھری ڈی پرنٹر بنانے والی کمپنی لیتھوز کے سی ای او جوہانس ہوما نے کہا کہ "یہ ٹیکنالوجی حصوں کو ہلکا بناتی ہے۔"ڈیزائن کی آزادی کی وجہ سے، 3D پرنٹ شدہ مصنوعات زیادہ کارآمد ہوتی ہیں اور ان کے لیے کم وسائل کی ضرورت ہوتی ہے۔جزوی پیداوار کے ماحولیاتی اثرات پر اس کا مثبت اثر پڑتا ہے۔Relativity Space نے یہ ثابت کیا ہے کہ اضافی مینوفیکچرنگ خلائی جہاز کی تیاری کے لیے درکار اجزاء کی تعداد کو نمایاں طور پر کم کر سکتی ہے۔ٹیران 1 راکٹ کے 100 حصے محفوظ کیے گئے۔اس کے علاوہ اس ٹیکنالوجی کے پیداواری رفتار میں بھی نمایاں فائدے ہیں، راکٹ 60 دنوں سے بھی کم وقت میں مکمل ہو جاتا ہے۔اس کے برعکس، روایتی طریقوں سے راکٹ بنانے میں کئی سال لگ سکتے ہیں۔
وسائل کے انتظام کے بارے میں، 3D پرنٹنگ مواد کو بچا سکتی ہے اور، بعض صورتوں میں، فضلہ کی ری سائیکلنگ کی بھی اجازت دیتی ہے۔آخر میں، اضافی مینوفیکچرنگ راکٹوں کے ٹیک آف وزن کو کم کرنے کے لیے ایک قیمتی اثاثہ بن سکتی ہے۔مقصد یہ ہے کہ مقامی مواد کا استعمال زیادہ سے زیادہ کیا جائے، جیسے کہ ریگولتھ، اور خلائی جہاز کے اندر مواد کی نقل و حمل کو کم سے کم کرنا۔اس سے صرف ایک 3D پرنٹر لے جانا ممکن ہو جاتا ہے، جو سفر کے بعد سائٹ پر موجود ہر چیز کو بنا سکتا ہے۔
Made in Space نے پہلے ہی اپنے 3D پرنٹرز میں سے ایک کو جانچ کے لیے خلا میں بھیج دیا ہے۔
خلا میں 3D پرنٹنگ کی حدود
اگرچہ 3D پرنٹنگ کے بہت سے فوائد ہیں، لیکن ٹیکنالوجی اب بھی نسبتاً نئی ہے اور اس کی حدود ہیں۔Advenit Makaya نے کہا، "ایرو اسپیس انڈسٹری میں اضافی مینوفیکچرنگ کے ساتھ اہم مسائل میں سے ایک پروسیس کنٹرول اور توثیق ہے۔"مینوفیکچررز لیب میں داخل ہو سکتے ہیں اور توثیق سے پہلے ہر حصے کی طاقت، وشوسنییتا، اور مائیکرو اسٹرکچر کی جانچ کر سکتے ہیں، یہ عمل غیر تباہ کن ٹیسٹنگ (NDT) کے نام سے جانا جاتا ہے۔تاہم، یہ وقت طلب اور مہنگا دونوں ہوسکتا ہے، لہذا حتمی مقصد ان ٹیسٹوں کی ضرورت کو کم کرنا ہے۔NASA نے حال ہی میں اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے ایک مرکز قائم کیا ہے، جو اضافی مینوفیکچرنگ کے ذریعے تیار کردہ دھاتی اجزاء کی تیز رفتار تصدیق پر مرکوز ہے۔اس مرکز کا مقصد مصنوعات کے کمپیوٹر ماڈلز کو بہتر بنانے کے لیے ڈیجیٹل جڑواں بچوں کا استعمال کرنا ہے، جس سے انجینئرز کو حصوں کی کارکردگی اور حدود کو بہتر طور پر سمجھنے میں مدد ملے گی، بشمول فریکچر سے پہلے وہ کتنا دباؤ برداشت کر سکتے ہیں۔ایسا کرنے سے، مرکز کو امید ہے کہ ایرو اسپیس انڈسٹری میں 3D پرنٹنگ کے اطلاق کو فروغ دینے میں مدد ملے گی، جو اسے روایتی مینوفیکچرنگ تکنیکوں کے ساتھ مقابلہ کرنے میں زیادہ موثر بنائے گی۔
یہ اجزاء جامع وشوسنییتا اور طاقت کی جانچ سے گزر چکے ہیں۔
دوسری طرف، اگر خلا میں مینوفیکچرنگ کی جاتی ہے تو تصدیق کا عمل مختلف ہوتا ہے۔ESA کے Advenit Makaya بتاتے ہیں، "ایک تکنیک ہے جس میں پرنٹنگ کے دوران حصوں کا تجزیہ کرنا شامل ہے۔"یہ طریقہ اس بات کا تعین کرنے میں مدد کرتا ہے کہ کون سی پرنٹ شدہ مصنوعات موزوں ہیں اور کون سی نہیں۔مزید برآں، جگہ کے لیے 3D پرنٹرز کے لیے خود کو درست کرنے کا نظام موجود ہے اور اسے دھاتی مشینوں پر آزمایا جا رہا ہے۔یہ نظام مینوفیکچرنگ کے عمل میں ممکنہ غلطیوں کی نشاندہی کر سکتا ہے اور حصے میں کسی بھی نقائص کو درست کرنے کے لیے خود بخود اپنے پیرامیٹرز میں ترمیم کر سکتا ہے۔ان دونوں نظاموں سے خلاء میں طباعت شدہ مصنوعات کی وشوسنییتا کو بہتر بنانے کی توقع ہے۔
3D پرنٹنگ حل کی توثیق کرنے کے لیے، NASA اور ESA نے معیارات قائم کیے ہیں۔ان معیارات میں حصوں کی وشوسنییتا کا تعین کرنے کے لیے ٹیسٹوں کا ایک سلسلہ شامل ہے۔وہ پاؤڈر بیڈ فیوژن ٹیکنالوجی پر غور کرتے ہیں اور انہیں دوسرے عمل کے لیے اپ ڈیٹ کر رہے ہیں۔تاہم، مواد کی صنعت کے بہت سے بڑے کھلاڑی، جیسے کہ Arkema، BASF، Dupont، اور Sabic، بھی اس کا سراغ لگاتے ہیں۔
خلا میں رہتے ہیں؟
3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ہم نے زمین پر بہت سے ایسے کامیاب منصوبے دیکھے ہیں جو گھر بنانے کے لیے اس ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں۔اس سے ہمیں حیرت ہوتی ہے کہ آیا اس عمل کو مستقبل قریب میں یا دور دراز میں خلا میں قابل رہائش ڈھانچے کی تعمیر کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔اگرچہ خلا میں رہنا فی الحال غیر حقیقی ہے، مکانات بنانا، خاص طور پر چاند پر، خلائی مشنوں کو انجام دینے میں خلابازوں کے لیے فائدہ مند ثابت ہو سکتا ہے۔یوروپی اسپیس ایجنسی (ESA) کا مقصد قمری ریگولیتھ کا استعمال کرتے ہوئے چاند پر گنبد بنانا ہے ، جو خلابازوں کو تابکاری سے بچانے کے لئے دیواروں یا اینٹوں کی تعمیر کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے۔ESA سے Advenit Makaya کے مطابق، قمری ریگولتھ تقریباً 60% دھات اور 40% آکسیجن پر مشتمل ہے اور خلابازوں کی بقا کے لیے ایک ضروری مواد ہے کیونکہ اگر اس مواد سے نکالا جائے تو یہ آکسیجن کا لامتناہی ذریعہ فراہم کر سکتا ہے۔
NASA نے چاند کی سطح پر ڈھانچے کی تعمیر کے لیے 3D پرنٹنگ سسٹم تیار کرنے کے لیے ICON کو 57.2 ملین ڈالر کی گرانٹ دی ہے اور وہ کمپنی کے ساتھ مریخ کے ڈون الفا رہائش گاہ بنانے کے لیے بھی تعاون کر رہا ہے۔اس کا مقصد مریخ پر رہنے والے حالات کی جانچ کرنا ہے تاکہ رضاکاروں کو ایک سال تک ایک مسکن میں رہ کر سرخ سیارے پر حالات کی تقلید کی جائے۔یہ کوششیں چاند اور مریخ پر براہ راست 3D پرنٹ شدہ ڈھانچے کی تعمیر کی طرف اہم اقدامات کی نمائندگی کرتی ہیں، جو بالآخر انسانی خلائی نوآبادیات کی راہ ہموار کر سکتی ہیں۔
مستقبل بعید میں، یہ مکانات خلا میں زندگی کو زندہ رہنے کے قابل بنا سکتے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: جون-14-2023