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ESA多重布局,全面拥抱3D打印航天器部件

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-06 来源:中国激光网 作者:由中国激光网网友提供 浏览次数:746

3D打印在航天器上的制造优势正在被越来越多的机构认可。然而,有另外一个共识是,3D打印的更多潜力还有待挖掘,如何制造完全根据3D打印的特点来优化卫星的设计和制造,这成为航天行业的一大重点。

欧洲空间局(ESA)正在联合ICT先进制造实验室开发有前途的材料。在这里,研究人员可以研究外来材料的微观结构或材料的焊接方式。同时,除了3D打印工艺,该实验室正在探索各种制造工艺的结合。

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实验室的设施也处在快速扩充中,平均每两个月有一台新机器,每六个月一个新技术,新的合金正在开发中。科研人员需要了解如何将材料的性能与加工过程进行结合,以最大可能的优化航天器性能。

关于3D打印用于空间探索,欧洲空间局可谓是长袖善舞,充分调动科研机构的资源。2015年,欧洲航天局就和伯明翰大学合作研发了一整套增材技术解决方案。其中一项技术包括设计一个激光沉积设备的喷嘴及整合增材制造流程中的多个送丝系统。该技术提高了金属丝打印的能力,与金属粉末打印系统相比更具优势。使用金属丝作为打印材料,金属打印设备将具备制造多种不同合金样件的能力,增加了打印过程中材料的利用率, 还可以避免粉末溢出造成的污染、设备维护、安全等问题。

此外,欧洲空间局还研发了与上述技术相关的一种简化的金属合金丝材制造工艺,其基本原理是当金属丝通过熔池时将其表面进行涂层。该工艺与以往方式相比成本可降低20%-50%,制造过程消耗的能源和需要的基础设施更少、质量更高。

在整套增材技术解决方案中,还包括一种新的金属打印过程的新热源。目前的金属增材制造系统多以激光或电子束为热源,而该方案中的热源则是由一组反射镜聚焦的非相干光束,光束来源是200W-1000W的灯泡。聚焦后的光束将会加热目标零部件中的局部区域。这技术可以替代目前的激光和电子束热源,并且成本更低。

还包括一个通过热等静压方法制造金属件的系统,该系统以特定几何形状的小型(以毫米、厘米计)金属单元的使用为基础。金属单元可以批量生产和自动处理。该技术的优点包括:制造的产品几乎不产生变形,与锻造、铸造、机加工相比,能够制造更加复杂的零部件;可以制造复合材料和功能梯度材料零部件;更节约材料和成本。

不仅仅基础研究,欧洲空间局又与英国喷气引擎公司合作设计Skylon有翼飞行器,其“军刀”引擎的一大亮点是3D打印的喷油器,该喷油器使得引擎在不到0.01秒中就可以得到急速降温。航天飞机可以像普通飞机一样起飞、飞行和着陆。

而2017年,欧洲空间局推出了一项新的3D打印CubeSat立体小卫星项目,材质为PEEK塑料。随着第一次测试运行正式进行,欧空局旨在使这些3D打印的微型卫星投入商业应用,并配有内部电气线路。而仪器、电路板和太阳能电池板只需要插入即可。

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除了应用领域获得不断的突破。欧洲空间局还很重视硬件设施的建设。2016年,欧洲空间局在英国基地牛津郡的哈威尔建立了一个新的先进制造实验室,在那里研究3D打印等先进制造技术用于空间探索的可能性。

欧洲空间局哈威尔的实验室配备先进的金属3D打印机、强大的显微镜套件、X射线CT机,以及一系列的热处理加热炉。这里研究人员很方便的进行先进的力学试验,包括拉伸、显微硬度测试。研究人员可以使用实验室和哈威尔校园的设施,如半导体洁净室、低温实验室、英国中央激光设施,ISIS中子源,和钻石光源等资源。

不仅仅是自己的硬件设施,2017年,欧洲空间局与英国制造技术中心(MTC)合作,建立了一个“一站式”空间相关应用增材制造中心—ESA增材制造中心(AMBC),该新中心由MTC管理,使得ESA和其他空间探索公司能够探索某些项目的3D打印潜力。

英国国家增材制造中心坐落于英国考文垂市,MTC为3D打印提供指导和专业知识,并为ESA提供最先进的3D打印设备。AMBC主要用于原型和空间相关应用零件的评估。

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欧洲空间局是美国宇航局(NASA)最大的竞争对手。而通过与大学、科研机构的联合,欧洲空间局拥有了一系列的从共性基础研究到产品开发,再到前沿技术探索方面的优势。也使得欧洲空间局基于欧洲强大的科研力量,迅速积累自己的3D打印know how,并获取下一代航天器的制造实力。

来源:3DSciencevalley

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