資料圖:衛星支架結構復雜,既要有足夠強度還需要減重
3D打印技術在節約成本和提升設計自由度上的效應吸引著航天企業加大對3D打印的投入,空客集團下屬的空客防務及航天公司開始通過采用該技術來優化衛星支架的制造,降低成本超過20%,并使衛星重量減輕近1千克。
當前的衛星都裝有金屬支架作為衛星主體與碳纖維反射器和饋電天線陣之間的連接件。如今空客防務及航天公司、歐洲宇航防務集團西班牙分部的工程師們在馬德里復合材料能效(competence)中心使用EOS公司的3D打印機制造這種支架。該支架必須牢牢地固定在衛星本體上,并能經受太空中極端溫度波動產生的熱應力,溫度變化范圍從-180°C至+150°C。鈦合金是此類應用的首選材料,因為其具有優良的導熱性能和較高的強度-重量比。后者尤其重要,因為太空發射的成本高達每公斤數千甚至數萬美元,根據運營商的系統和衛星軌道不同甚至能夠達到六位數。通過常規金屬切削的辦法制造衛星支架無法滿足空客防務及航天公司的要求,因為設計上的限制阻礙了部件重量和應力的優化。此外,使用傳統方法制造非常耗時,而且成本也需要降低。
于是EOS的增材制造技術被選定為替代的生產方法。通過增材制造,衛星支架由激光束根據CAD模型數據逐層熔融金屬粉末構建出來。在這里鈦金屬也可以作為試制材料,零部件設計修改起來也很方便。通過3D打印制造的支架符合專家的所有期望。最重要的是整個結構耐極端溫度變化的性能得到了提升,它現在可以很容易地在20KN的壓力下持續承受330°C的溫度變化。此外,每顆衛星所需的三個支架的制造時間已經從一個月減少到不足五天。
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