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軍工航天新聞

航天應用中的金屬增材製造

星之球科技 來源:Robert Schoenberger2015-05-23 我要評論(0 )   

三種增材製造支架能夠抵擋跨度達330℃的溫度,滿足諸如通信衛星等執行長久太空任務的交通工具的指標要求。

 三種增材製造支架能夠抵擋跨度達330℃的溫度,滿足諸如通信衛星等執行長久太空任務的交通工具的指標要求。(來源:空中客車防務及航天公司)
 
衛星這個詞( 主或從) 的原始含義,在傳遞這些技術設備有多麽複雜,在我們的日常生活中起什麽作用方麵收效甚微。衛星設備的任務範圍涵蓋了天氣預報,信息傳遞,以及導航數據的生成。
 
空中客車防務及航天公司的西班牙子公司是一家世界上衛星和空間傳輸技術的領先供應商之一。
 
這家子公司的主要業務是為國際空間站(ISS) 供應從衛星係統到部件的一係列產品,其已在馬德裏總部建立了複合材料技術中心,研究在航空航天中起到重要作用的新型材料和生產方法。由於涉及到的溫度差異巨大,還有外力影響,這些都對太空中的部件提出了極其高的要求。為了在元件製造過程中達到最佳效果,空中客車防務及航天公司要借助EOS 公司用於高性能金屬和複合材料的增材製造(AM) 技術。
 
支架方麵的挑戰
目前這代衛星依賴於安裝在上端,充當衛星主體和反射器、接駁設施之間連接紐帶的金屬支架。空中客車防務及航天公司的工程師在生產製造時,麵臨著兩個關鍵挑戰:
 
◆連接主體和部件之間的支架必須非常安全地固定;
 
◆支架必須能減少空間中的極端溫度波動。
 
 
支架提供了一層重要的絕緣層:溫度範圍可從-180℃ 到150℃ (-292。F 到302。F),所以材料上的應力非常高。
 
鈦金屬是極少數能滿足這種需求的材料。除了其重量和導熱性優勢外,它的密度也可以讓人接受。畢竟,攜帶進入太空中的物質每千克重量就會花費數千美元;確切的數字取決於諸如輸送係統和到達的軌道等因素。然而,六位數或更高的數字是非常普遍的。
 
傳統方法製造的支架,尤其是和衛星碳部件之間的連接,這些位置承受了更高的熱應力,並沒有達到空中客車防務及航天公司的期望。此外,衛星上的安裝非常耗時,因此必須削減成本。所以,工程師們開始尋找替代品,對未來部件的設計優化也給予了更多的關注。
 
增材製造解決方案
項目團隊選擇了EOS 的金屬部件增材製造技術,允許使用鈦金屬,這使得設計的支架能夠容易扭動。
 
就像空中客車防務及航天公司負責天線方麵的Otilia Castro Matías 解釋的那樣:“我們尋找的解決方案有兩個優勢。一方麵,我們能夠優化生產本身。此外, 我們還改進了設計,因此整個工件可以一步就生產出來:由一個單獨的模塊雕刻而成,可以這麽說,即使隻從技術角度而言,增材製造和傳統減材技術是完全相反的。”
 
設計完成後,工程師把3D 結構圖從CAD 軟件中加載到生產的機器EOSINT M 280,然後開始製造流程:激光束一層接一層地精確融化放置的金屬粉末,然後硬化,當精確製造的工件完成之後,除了可重複利用的原料粉末之外,不會有多餘的物質殘留。
 
成果顯著
新設備滿足了專家所想到的所有預期,而且最重要的是,改進後的整個結構的耐熱性,可輕鬆承受20kN 力量下跨度達330℃ (594。F) 的考驗。這位西班牙的航空航天專家在組裝進給單元和子反射器單元的過程中,減少了支架的生產時間5 天。一個衛星需要的3 個支架,現在可在不到一個月的時間裏生產完畢。
 
Castro Matías 補充說:“這些改進極大減少了質量測試中的熱致失效。太空活動的成本相對很高,所以保護硬件免受可能的失效至關重要。增材製造方法,在不需要其他地方都過關的情況下,可以給工程的關鍵方麵帶來可觀的收益。沒有妥協, 這是工程師喜歡聽到的話,但卻不是能經常聽到的。”
 
歐洲航天局(ESA) 支持這項計劃。在航空航天領域,這項計劃的成功實施,使得在未來的應用中,采用高效的生產技術成為可能。
 

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