Boeing đang dẫn đầu trong việc ứng dụng công nghệ in 3D để sản xuất các tấm nền cấu trúc cho mảng pin năng lượng mặt trời của vệ tinh, một bước đi chiến lược nhằm giảm một nửa thời gian sản xuất và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về triển khai tàu vũ trụ nhanh chóng. Phương pháp đổi mới này hứa hẹn sẽ định hình lại quy trình chế tạo mảng pin năng lượng mặt trời cho vệ tinh, rút ngắn đáng kể thời gian chờ đợi và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Các mảng pin năng lượng mặt trời in 3D đầu tiên của Boeing sẽ tích hợp các tế bào quang điện Spectrolab trên các vệ tinh nhỏ do Millennium Space Systems phát triển, cả hai đều là công ty con thuộc bộ phận Space Mission Systems của Boeing. Các tấm nền này đóng vai trò thiết yếu trong việc giữ cố định các tế bào quang điện, đảm bảo độ cứng và sự thẳng hàng tối ưu để thu nhận ánh sáng mặt trời trong không gian. Theo phương pháp truyền thống, các tấm nền này được làm từ vật liệu composite, một quy trình thường kéo dài nhiều tuần và đòi hỏi nhiều công sức thủ công.
Quy trình sản xuất bồi đắp mới của Boeing giúp giảm thời gian này xuống khoảng sáu tháng, tương đương với mức cải thiện sản xuất lên đến 50%. Bằng cách in trực tiếp các yếu tố cấu trúc và tính năng tích hợp vào tấm nền, Boeing có thể hợp lý hóa quy trình lắp ráp để diễn ra song song với quá trình sản xuất tế bào quang điện. Việc lắp ráp bằng robot và kiểm tra tự động tại Spectrolab dự kiến sẽ còn thúc đẩy tốc độ và tính nhất quán hơn nữa bằng cách giảm thiểu các khâu chuyển giao thủ công tốn nhiều công sức.
Cách tiếp cận này được thiết kế để có khả năng mở rộng, từ các vệ tinh nhỏ đến các nền tảng tàu vũ trụ lớn hơn của Boeing như dòng 702-class. Các vệ tinh 702-class nổi tiếng với khả năng cung cấp năng lượng cao, phù hợp với nhiều nhiệm vụ truyền thông và khoa học đa dạng. Khả năng thương mại hóa trên thị trường dự kiến vào năm 2026.
Melissa Orme, phó chủ tịch bộ phận vật liệu và cấu trúc tại Boeing Technology Innovation, nhấn mạnh: "Bằng cách kết hợp các vật liệu đã được kiểm định với một luồng dữ liệu kỹ thuật số chung và sản xuất tốc độ cao, chúng ta có thể giảm trọng lượng kết cấu, tạo ra các thiết kế mới lạ và lặp lại thành công trên nhiều chương trình." Điều này thể hiện chiến lược của Boeing trong việc tận dụng sản xuất tiên tiến để cải thiện hiệu suất và sự linh hoạt trong thiết kế. Sản xuất bồi đắp đã trở thành nền tảng trong chiến lược không gian và quốc phòng của Boeing khi hãng nỗ lực giảm thời gian chờ đợi và tăng tốc độ sản xuất.
Boeing đã tích hợp hơn 150.000 bộ phận in 3D vào các dòng sản phẩm của mình, bao gồm hơn 1.000 bộ phận tần số vô tuyến trên mỗi vệ tinh Wideband Global Satcom (WGS) đang được sản xuất, cũng như các cấu trúc hoàn chỉnh cho nhiều dòng sản phẩm vệ tinh nhỏ. Mặc dù công nghệ in 3D đã được sử dụng cho các bộ phận tàu vũ trụ nhỏ hơn, nhưng các tấm nền pin năng lượng mặt trời lại đặt ra những thách thức lớn hơn. Những thách thức này bắt nguồn từ yêu cầu về trọng lượng siêu nhẹ kết hợp với độ cứng và ổn định nhiệt, đồng thời phải chịu được các ứng suất đáng kể trong quá trình phóng và hoạt động trên quỹ đạo.
Cách tiếp cận mới của Boeing giải quyết hiệu quả những phức tạp này, mở đường cho việc triển khai mảng pin năng lượng mặt trời cho vệ tinh hiệu quả và nhanh chóng hơn trong tương lai. Sự phát triển này phù hợp với cam kết liên tục của Boeing trong việc tích hợp các công nghệ sản xuất tiên tiến vào quy trình sản xuất vệ tinh của mình, đảm bảo công ty duy trì vị thế dẫn đầu về đổi mới trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Công nghệ in 3D không chỉ giúp giảm trọng lượng và tăng độ bền cho các bộ phận mà còn rút ngắn đáng kể chu kỳ phát triển sản phẩm, một yếu tố then chốt trong ngành hàng không vũ trụ vốn đòi hỏi tốc độ và hiệu quả cao.
Việc sản xuất theo yêu cầu cũng là một lợi thế, cho phép các công ty sản xuất linh kiện khi cần thiết, giảm thiểu chi phí lưu kho và hậu cần, đồng thời giảm thời gian chết. Khả năng tùy chỉnh thiết kế cũng được nâng cao, cho phép tạo ra các bộ phận phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng nhiệm vụ, dù là cho mục đích quân sự hay thương mại. Boeing đã tích hợp hơn 150.000 bộ phận in 3D vào các dòng sản phẩm của mình, cho thấy sự đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ này để đạt được lợi ích về lịch trình, chi phí và hiệu suất. Việc sản xuất các bộ phận phức tạp bằng công nghệ in 3D, như các cấu trúc dạng lưới hoặc ống làm mát tích hợp, mang lại lợi thế cạnh tranh rõ rệt so với các phương pháp sản xuất truyền thống.