2020 מסמנת את תחילתו של עשור חדש של חקר חלל וחדשנות, שבו סגסוגות המכילות ניקל ממלאות תפקיד חשוב ביישומים רבים, כולל ייצור רקטות, גלגלים וזרזים.
SpaceX, חברה המוקדשת לייצור ציוד תעופה וחלל ושינוע חלל שניתן לחזור עליו, משתמשת בפלדת אל חלד 304 (S30400) המכילה ניקל לייצור ספינות חלל ורקטות סופר-כבדות.
העלות נמוכה יותר בהשוואה לסיבי פחמן שעולים יותר מפי 60 לק"ג. זה גם הרבה יותר עמיד בחום מסיבי פחמן או מתכות אחרות, כך שהוא דורש הרבה פחות, ואולי אפילו, בידוד.
בינתיים, נאס"א בוחנת יישום פוטנציאלי נוסף לחומרים המכילים ניקל בגלגלי בדיקה. גלגלי גומי אינם מעשיים על הירח או על מאדים, ולכן גלגלי הרובר הירחיים המקוריים של אפולו היו עשויים מפלדת קפיצית, אך גלגלי הפלדה הקפיציים על גלגלים גדולים וכבדים המיועדים לשימוש על מאדים היו עיוותים. כדי לפתור בעיה זו, נאס"א מפתחת צמיג רשת מתכת העשוי מסגסוגת ניקל-טיטניום, בעל תכונות זיכרון צורה והוא יכול להתמודד עם עיוות פי 30 של גלגל פלדה קפיצי.
מצוידת במנוע רקטי מסוג Raptor, ספינת הכוכבים SpaceX היא אחת מספינות הכוכבים הראשונות המופעלות על ידי מתאן נוזלי וחמצן נוזלי, והיא נועדה להחזיק מעמד 1,000 שימושים. מתאן נבחר לייצור דלק רקטות על מאדים למסע חזרה. ניתן לייצר מתאן על ידי שימוש בפחמן דו חמצני ומימן דרך תגובת Chabatier, שבה מימן מגיב עם פחמן דו חמצני דרך זרז בטמפרטורה גבוהה (טמפרטורה אופטימלית היא 300-400 מעלות ) ובלחץ גבוה ליצירת מתאן ומים. זרז אחד כזה שניתן להשתמש בו הוא ניקל.
האטמוספרה של מאדים היא 95 אחוז פחמן דו חמצני, ונאס"א אישרה את נוכחותם של מים על מאדים, חומרי הגלם הדרושים לייצור מתאן וחמצן למאיצי רקטות וחמצן לאסטרונאוטים לנשימה. חומרים המכילים ניקל נדרשים גם בגלל טמפרטורת הסביבה הנמוכה של כוכב הלכת האדום והטמפרטורות הנמוכות הנדרשות ליצירת מתאן נוזלי, מימן וחמצן.
סגסוגת ניקל-נחושת K-500 (N05500)בעל גמישות מעולה בטמפרטורות נמוכות ועמיד בפני להבות בחמצן טהור. זה הופך אותה לבחירה המועדפת עבור משאבת מאיץ חמצן המספקת חמצן למנועי רקטות.
עם החוזק והקשיחות הגבוהים שלו,Alloy 718 (N07718)היא סגסוגת ניקל-כרום הניתנת להקשחת משקעים המשמשת במטוסי טורבו, מנועי רקטות ומכלי לחץ, ויכולה להתמודד עם טמפרטורות נמוכות עד ל--250 מעלות גז נוזלי ולהשיג דחיפה. אבל המאפיינים של סגסוגת 718 מקשים על העיבוד והצורה מאשר חומרים אחרים. תהליכי יציקת השקעה יכולים להיות בעייתיים מכיוון שסגסוגת 718 רגישה לנקבוביות, הפרדה וגודל גרגר גס במיוחד, מה שמחייב שלבי עיבוד הבאים.
מה הפתרון? הדפסת תלת מימד יכולה לנצל בצורה יעילה יותר סגסוגות מבוססות ניקל כגון סגסוגות 718 ביישומים בעלי ביצועים גבוהים עם עיצובים מורכבים.
הדפסת תלת מימד מקלה על עיבוד סגסוגת 718 ושומרת היטב על תכונות החומר. התהליך מונע ריתוך ועיבוד שבבי, ובכך מפחית מאוד את בזבוז החומר. היתרונות של שיטת ייצור זו הוכחו על ידי הדפסת תלת מימד של אב טיפוס של מנוע רקטי מסגסוגת 718. אב הטיפוס תוכנן כולו באמצעות בינה מלאכותית ופותח על ידי Hyperganic Software בגרמניה.
בניגוד למנועי רקטות קונבנציונליים, המורכבים מרכיבים מעוצבים ומורכבים באופן אינדיבידואלי, אב הטיפוס המודפס בתלת מימד הוא שלם רציף. הוא מכיל את תא הבעירה שבו שורפים דלק וחומרי חמצון, ותעלות פני השטח שמזרימות את הדלק כדי לקרר את תא הבעירה ולמנוע התחממות יתר. שיטת הבנייה המונוליטית מבטיחה את המשקל הקל ביותר ואת הקירור היעיל ביותר לביצועים הטובים ביותר של רקטה נתונה. פרויקט הרקטות Vulcan II באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, משתמש גם בהדפסת תלת מימד כדי ליצור את מנוע הסגסוגת Ignus II 718. עבור כל יישום חדש בעתיד, ניקל יעזור לחקר החלל ללכת רחוק יותר.
