3D打印助力太空探索：航天器制造業(yè)的未來

南極熊覺得3d打印在航空航天上會有巨大的發(fā)展前景，航天零部件需要的定制化和輕量化的特性，3d打印技術會最大限度的實現(xiàn)航空航天所用零部件的在這兩個方面的要求。


當一個公司著手于大膽的進行革命性的太空探索，那就很可能需要摒棄許多傳統(tǒng)方式，通過設計和制造來重新定義太空探索。行星資源公司不僅走在太空探索的最前沿，在制造航天器方面也處于頂尖水平。他們使用3D打印技術來優(yōu)化復雜的部件及其裝配-部件從需要裝配到成為一整個鑄件，這樣一來可生成更輕質、設計迭代更快速和成本更低的部件。

行星資源公司宣稱的使命是無畏的：“建立資源利用的新方式，將太陽系也納入人類經濟影響的范圍內�！�

Arkyd 200效果圖

行星資源公司用于低成本機器人太空探索的飛行器稱為Arkyd系列航天器（宇宙飛船），主要是為了識別可開采水和貴金屬資源的近地小行星。第一個演示飛行器A3R于2015年推出，并成功進入太空軌道。第二個演示飛行器 A6，預計將于2016年春季前后發(fā)布。兩個演示飛行器，大約麥片盒尺寸，主要被用于驗證核心技術，包括航空電子設備、控制系統(tǒng)、軟件和探測小行星資源的傳感器。他們正在為行星資源公司的第一個全尺寸生產級飛行器Arkyd 100、200和300系列做準備。Arkyd 100、200和300比演示飛行器大2倍，重約11~15公斤(24-33磅)。他們足夠小到可跟隨更大的有效載荷裝備到達太空，然后在條件允許的狀況下從太空站被發(fā)送至太空軌道。

不浪費空間

行星資源公司希望Arkyd航天器最終能夠進行批量生產，航天器的結構中也不允許存在某些比較有重量或占據太多空間的部件。此時，3D打印技術引起了他們的注意。Arkyd 300燃料箱的QuickCast原型，由3D Systems的SLA設備打印。QuickCast工藝幫助行星資源公司將多個部件整合成整體，從而提高設計效率和降低成本

行星資源的公司總裁兼首席執(zhí)行官克里斯•萊維茨基表示，“3D打印幫助我們將單獨的有機部分整合成了一個整體。我們的目標是讓航天器如同手機那樣，沒有被浪費的空間” 。航天器的關鍵區(qū)域是油箱，在過去，油箱往往要占據航天器上一個很大空間，看上去就像一個累贅物附著在上面。與此相反，行星資源公司為Arkyd 200和300做的設計使用了3D Systems的專利QuickCast™原型，為航天器制作了集成性的結構框架。其他部件比如歧管、集氣室和路徑結構也直接整合到了用以支撐航天器的結構元件中。

使一個經過時間證明的技術更現(xiàn)代化QuickCast將可追溯到數千年前的傳統(tǒng)鑄造技術進行現(xiàn)代化革新，這是處理復雜設計度的完美解決方案。

首先通過SLA設備建立3D原型。打印完成后，未固化的液體可以從被抽殼的原型中排出。這個原型將被使用陶瓷進行掛漿制殼。一旦型殼堅硬了，經過高溫煅燒后型殼中的樹脂原型將氣化。將液態(tài)金屬澆注入空腔中，冷卻后打破型殼就能得到成品零件。

QuickCast工藝主要的優(yōu)勢包括：
1. 能夠設計具有更強大功能性的復雜樣件
2. 能在一天內將CAD數據轉化為pattern，節(jié)省了大量時間
3.無需耗費時間制作模具可快速迭代設計
4.通過整合部件減少部件數量
5.適用任何合金，包括常規(guī)飛行認證金屬

克里斯•賴維斯基說到，”QuickCast能做到傳統(tǒng)制造無法做出的工藝，對于能夠直接金屬打印我們非常興奮。通過3D Systems的設備比如ProX™ DMP 320，我們可以制造具有更精致細節(jié)和精度的鈦零件，我們期待著將這些利用到我們即將到來的航天器上�！�

行星資源公司Arkyd航天器的3D打印件。左邊是由通過3D Systems SLA打印機和QuickCast技術制作的鈦金屬部件，右邊是直接由ProJet 7000 SLA設備打印的塑料件

以低成本得到速度和復雜的部件

使用3D打印來鑄造金屬可以在設計上不受拘束，從而達到更高層次的設計精巧度，制作出移除了緊固件、螺絲釘和其他輔助件的有機形狀，而這些被移除的部分卻是傳統(tǒng)制造不得不需要使用的。

萊維茨基提到，“推進油箱通常需要占據航天器很大一部分體積，而3D打印可以讓我們探索更有效的有機設計，可以使用鈦材料來優(yōu)化裝有推進劑裝置的結構。從結果來看，我們得到了一個更輕質、更低成本、更安全且更容易批量復制的航天器。”3D打印制作出了真實尺寸的模型，在某種程度上來說，行星資源公司利用3D打印充分展現(xiàn)了Arkyd 200和300的設計。這個精致的模型看上去非常簡潔。通過3D打印打印機的鑄造原型制作的環(huán)形的鈦金屬油箱，主要用作整個航天器的外部框架。固定裝置、布線設計和其他元素都做了嵌入式設計，以減少部件數量并增加強度和穩(wěn)定性。環(huán)形物中心的孔裝有熱激光傳感器和通信組件。

使用3D打印的pattern的首個燃料箱將會用于Arkyd 100，計劃于2016年底至2016年初啟動。Arkyd 100旨在進行地球觀測和定位小行星。Arkyd 200也會追隨它的軌跡，Arkyd主要是為了收集小行星物理特性的科研數據。Arkyd 300具有更大的推進系統(tǒng)，可進行深空探測。

航天器制造業(yè)的未來

3D打印機在Arkyd的整個產品開發(fā)中起到了核心作用，從原型設計到為實際的航天器制造生產級部件。3D打印機被用于整合Arkyd 100航天器的部件并加快其迭代設計

行星資源公司使用SLA打印QuickCast原型和生產級部件，比如燃料箱。ProJet 7000 SLA打印機用于塑料原型的打印，ProX DMP用于直接金屬打印。萊維茨基認為，“3D打印讓我們可以進行設計概念實驗并且更快地制造具有更強功能性的生產級部件，而不必擔心傳統(tǒng)制造無法做到的工藝�！�

從減材制造轉化到增材制造。3D打印時代已經到來，我們相信這是航空制造業(yè)的未來，請關注南極熊3d打印網。
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來源：3D Systems

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