New materials used in additive manufacturing: Space research

Öz

As in the other sectors and industries, the increasing prevalence of additive manufacturing in the space field is enhancing the diversity and importance of the materials used. The challenging conditions of the space environment necessitate innovative and specialized solutions in material selection. This study examines the materials used in additive manufacturing developed for the unique requirements of the space environment, their intended purposes, examples of usage, and the benefits they may provide in the future. The importance of additive manufacturing in relation to space exploration and colonization goals is also emphasized. The various challenges encountered in space require the development of new strategies in material science and engineering. Additive manufacturing offers sustainable solutions by enabling the effective use of local resources. In conclusion, the use of new materials in additive manufacturing within the space sector is expected to play a critical role in achieving the goals of space exploration and colonization. Advancements in this field are anticipated to significantly contribute to humanity's efforts to establish a permanent presence in space.

Anahtar Kelimeler

• Additive manufacturing
• space industry
• regolith material
• on-site production

Eklemeli imalatta kullanılan yeni malzemeler: Uzay araştırmaları

Öz

Diğer sektörlerde ve iş alanlarında olduğu gibi uzay alanında da eklemeli imalatın giderek yaygınlaşması, kullanılan malzemelerin çeşitliliğini ve önemini artırmaktadır. Uzay ortamının zorlu koşulları, bu alandaki malzeme seçiminde yenilikçi ve özel çözümler gerektirmektedir. Bu çalışma, uzay ortamının özel gereksinimlerine uygun olarak geliştirilen eklemeli imalatla kullanılan malzemelerin hangi amaçlarla kullanıldığını, bu malzemelerin örneklerini ve ileriki aşamalardaki faydalarını incelemektedir. Çalışmada, eklemeli imalatın uzay keşfi ve kolonizasyon hedefleri açısından taşıdığı önem de vurgulanmıştır. Uzayda karşılaşılacak çeşitli zorluklar, malzeme bilimi ve mühendislik alanında yeni stratejiler geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Eklemeli imalat, bu ihtiyaçlara yanıt verecek şekilde yerel kaynakların etkin bir biçimde kullanılmasına olanak tanıyarak, sürdürülebilir çözümler sunmaktadır. Sonuç olarak, eklemeli imalat uzay sektöründeki yeni malzemelerle kullanımı, uzay keşfi ve kolonizasyon hedeflerine ulaşmak için kritik bir rol oynamaktadır. Bu alandaki ilerlemelerin, insanlığın uzaydaki varlığını kalıcı hale getirme çabalarına büyük katkı sağlaması beklenmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Eklemeli imalat
• Uzay Sektörü
• Regolit Malzeme
• Yerinde üretim

Kaynakça

1. 3D Yazdırma Kartı. (2013). Mantar ve Mantar ile Muhteşem 3D Yazdırma. https://3dprintboard.com/showthread.php?4192-Amazing-3D-Printing-with-Mushrooms-and-Fungus adresinden alındı
2. Allen, C. C., Graf, J. C., & McKay, D. S. (1994). Sintering Bricks on the Moon. Engineering, Construction, and Operations in Space IV, ASCE. içinde 1220–1229.
3. Altun, A. A., Ertl, F., Marechal, M., Makaya, A., Sgambati, A., & Schwentenwein, M. (2021). Additive manufacturing of lunar regolith structures. Open Ceramics, 5. doi:10.1016/j.oceram.2021.100058
4. Amorphology. (2024). Uygulamalar. https://amorphology.com/applications adresinden alındı
5. Avrupa Uzay Ajansı (ESA). (2024). Dünyadışı Üretim Sempozyumu: Uzayda Yeni Bir Ev Nasıl İnşa Edilir? https://www.esa.int/Enabling_Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation/Off-Earth_manufacturing_symposium_how_to_build_a_new_home_in_space adresinden alındı
6. Bölükbaşı, Ö. S., Serindağ, T., Gürol, U., Günen, A., & Çam, G. (2023). Improving oxidation resistance of wire arc additive manufactured Inconel 625 Ni-based superalloy by pack aluminizing. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 46, s. 89-97. doi:10.1016/j.cirpj.2023.07.011
7. Breakthrough İnisiyatifleri. (2024). Yıldızlararası Yolculuk. https://breakthroughinitiatives.org adresinden alındı
8. Büyük Fikir. (2024). Büyük Fikir Yarışması. https://bigidea.nianet.org/2024-challenge adresinden alındı

9. CBS News. (2018). SpaceX Bugün İlk Block 5 Falcon 9'u Fırlatmaya Hazırlanıyor. https://www.nasaspaceflight.com adresinden alındı
10. Ceritbinmez, F., Günen, A., Gürol, U., & Çam, G. (2023). A comparative study on drillability of Inconel 625 alloy fabricated by wire arc additive manufacturing. Journal of Manufacturing Processes, 89, s. 150-169. doi:10.1016/j.jmapro.2023.01.072
11. Çam, G. (2022). Prospects of producing aluminum parts by wire arc additive manufacturing (WAAM). Materials Today: Proceedings, 62(1), s. 77-85. doi:10.1016/j.matpr.2022.02.137
12. Çam, G., & Günen, A. (2024). Challenges and opportunities in the production of magnesium parts by directed energy deposition processes. Journal of Magnesium and Alloys, 12, s. 1663-1686. doi:10.1016/j.jma.2024.05.004
13. Engelschiøn, V., Eriksson, S., Cowley, A., Fateri, M., Meurisse, A., Kueppers, U., & Sperl, M. (2020). EAC1A: A novel large-volume lunar regolith simulant. Sci. Rep. 10 , s. 1–9.
14. Etymonline. (2024). Regolith. https://www.etymonline.com/word/regolith adresinden alındı
15. Geleceğin Malzemeleri. (2024). Mantar Mürekkebi. https://futureofmaterials.com/en/materials/myceliumink/#:~:text=A%20Fungus%20Based%20Ink%20for%203D%20Printing.&text=Under%20the%20right%20conditions%2C%20myce%20lium,example%20of%20a%20living%20material adresinden alındı
16. Güler, S., Serindağ, H. T., & Çam, G. (2022). Wire arc additive manufacturing (WAAM): Recent developments and prospects. Mühendis ve Makine, 63(706), s. 82-116. doi:10.46399/muhendismakina.1085716
17. Günen, A., Gürol, U., Koçak, M., & Çam, G. (2023). A new approach to improve some properties of wire arc additively manufactured stainless steel components: Simultaneous homogenization and boriding. Surface & Coating Technology, 460. doi:10.1016/j.surfcoat.2023.129395.
18. Günen, A., Gürol, U., Koçak, M., & Çam, G. (2023). Investigation into the influence of boronizing on the wear behavior of additively manufactured Inconel 625 alloy at elevated temperature. Progress in Additive Manufacturing, 8, s. 1281-1301. doi:10.1007/s40964-023-00398-8.
19. Gürol, U., Altınay, Y., Günen, A., Bölükbaşı, Ö. S., Koçak, M., & Çam, G. (2023). Effect of powder-pack aluminizing on microstructure and oxidation resistance of wire arc additively manufactured stainless steels. Surface & Coating Technology, 468. doi:10.1016/j.surfcoat.2023.129742
20. Hull, C. &. (1986). U.S. Patent No. 4, 575, 330.
21. Jamali, K., Kaushal, V., & Najafi, M. (2021). Evolution of additive manufacturing in civil infrastructure systems: A ten-year review. Infrastructures, 6(8). doi:10.3390/infrastructures6080108
22. Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı (JHUAPL). (2023). Bilim adamları, Avrupa'da Yeraltı Büyük Gölü'nde Kanıt Buldu. https://www.jhuapl.edu/news/newsreleases/111116-scientists-find-evidence-subsurface-great lakeeuropa#:~:text=In%20a%20finding%20of%20significance,new%20potential%20habitat%20for%20life adresinden alındı
23. Lu, Z., Cao, J., Song, Z., Li, D., & Lu, B. (2019). Research progress of ceramic matrix composite parts based on additive manufacturing technology. Virtual and Physical Prototyping. doi:10.1080/17452759.2019.1607759
24. NASA. (2017). Metallerde Lazer Toz Yatak Füzyonu ile Eklemeli olarak Üretilmiş Uzay Uçuş Donanımı Standardı.
25. NASA. (2020). Kepler-90 Sistemi Gezegen Boyutları. https://www.nasa.gov/imagearticle/kepler-90-system-planet-sizes adresinden alındı
26. NASA. (2023). 3D-Baskılı Habitat Yarışması. https://www.nasa.gov/prizes-challenges-and crowdsourcing/centennial-challenges/3d-printed-habitat-challenge adresinden alındı
27. NASA. (2023). Sputnik. https://www.nasa.gov/history/sputnik adresinden alındı
28. NASA. (2024). Alpha Centauri Üçlü Yıldız Sistemi Dünya'dan Yaklaşık 4 Işık Yılı Uzaklıkta. https://science.nasa.gov/resource/the-bright-star-alpha-centauri-and-its-surroundings adresinden alındı
29. NASA. (2024). Voyager Görevi. https://voyager.jpl.nasa.gov adresinden alındı
30. NASA Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik Müdürlüğü (STMD). (2024). Toplu Metalik Cam Dişliler. https://www.nasa.gov/stmd-game-changing-development/bulk-metallic-glassgears adresinden alındı
31. NASA Jet Propulsion Laboratuvarı. (2009). Stardust Basın Kitleri. https://www.jpl.nasa.gov/missions/stardust adresinden alındı
32. Özsoy, K., Duman, B., & İçkale Gültekin, D. (2019). Metal part production with additive manufacturing for aerospace and defense industry. International Journal of Technical Sciences, 11(3), s. 201–210. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/918027 adresinden alındı
33. Pixalytics. (2023). 2023'te Dünya'nın yörüngesinde dönen uydular. https://www.pixalytics.com/tag/satellite adresinden alındı
34. Ridgeway, B. (2024). NASA Katmanlı Üretim Projesi, Ajans, Endüstri ve Roket Üreticileri İçin Geleceği Şekillendiriyor. NASA. https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/marshall/nasa-additive-manufacturing-project-shapes-future-for-agency-industry-rocket-makers/ adresinden alındı
35. Shen, Y., Li, Y., Chen, C., & Tsai, H.-L. (2017). 3D printing of large, complex metallic glass structures. Materials & Design, 117(5), s. 213-222. doi:10.1016/j.matdes.2016.12.087
36. SpaceFactory. (2024). Lina. https://spacefactory.ai/lina adresinden alındı
37. SpaceFactory. (2024). Marsha. https://spacefactory.ai/marsha adresinden alındı
38. SpaceX. (2024). Falcon 9. https://www.spacex.com/launches adresinden alındı
39. SpaceX. (2024). Mars'a İnsan Uzay Uçuşu. https://www.nationalgeographic.com/science/article/elon-musk-mars-spacex-human-mission-spacescience adresinden alındı
40. Statista. (2024). Uzay programlarına yapılan küresel devlet harcamaları: Önde gelen ülkeler. https://www.statista.com/statistics/745717/global-governmental-spending-on-space-programsleading-countries/ adresinden alındı
41. Taylor, L. A., Pieters, C. M., & Britt, D. (2016). Evaluations of lunar regolith simulants. Planetary and Space Science, 126, s. 1–7. doi:10.1016/j.pss.2016.04.005
42. Uluslararası Standardizasyon Kuruluşu (ISO) ve Amerikan Malzeme ve Test Topluluğu (ASTM). (2020). Uzay ve Uzay Sistemleri Kelime Hazinesi, 52900.
43. Valentine, P. G., & Gradl, P. R. (2019). Extreme-temperature carbon- and ceramic-matrix composite nozzle extensions for liquid rocket engines. 70th International Astronautical Congress (IAC), (s. IAC-19-C2.4.9).
44. Voxel Matters. (2022). Novel process by HRL Laboratories creates 3D-printed ceramic matrix composites. https://www.voxelmatters.com/novel-process-by-hrl-laboratories-creates-3dprinted-ceramic-matrix-composites adresinden alındı
45. Williams, H., & Butler-Jones, E. (2019). Additive manufacturing standards for space resource utilization. Additive Manufacturing, 28, s. 676-681. doi:10.1016/j.addma.2019.06.007
46. Yang, S., & Zhao, Y. F. (2018). Additive manufacturing-enabled part count reduction: A lifecycle perspective. Journal of Mechanical Design. doi:10.1115/1.4038922