Badacze sprawdzają możliwości zastosowania drukowania 3D do masowej produkcji satelitów

Jest to temat pracy zatytułowanej "Charakterystyka materiału Additively Manufactured PA12 i Design of Multipifunctional Satellite Structures", napisanej przez grupę naukowców z Niemieckiego Centrum Lotnictwa Kosmicznego (DLR), Instytutu Fraunhofera dla Inżynieria Produkcji i Automatyzacja (IPA) oraz Instytut Systemów Kosmicznych Uniwersytetu w Stuttgarcie (IRS).

Streszczenie brzmi: "Rosnąca presja kosztowa na budowniczych satelitów i ich dostawców motywuje do otwarcia na nowe projekty i procesy. W artykule zbadano możliwości zastosowania produkcji dodatków termoplastycznych do masowej produkcji satelitów. Po pierwsze, zbadano potencjał opłacalnego materiału do druku 3D Poliamid 12 dla struktur przestrzennych. Testy obejmują właściwości mechaniczne i termiczno-próżniowe. W drugim etapie projektuje się wielofunkcyjny demonstrator technologii i przeprowadza się pierwszy test kwalifikacyjny. Ten demonstrator integruje komponenty elektroniczne i zarządzania ciepłem i wykazuje znaczne oszczędności w objętości. Dodatkowo, automatyzacja procesów wykorzystywanych do produkcji umożliwia dalsze obniżanie kosztów produkcji seryjnej. "

Naukowcy pracowali nad wykazaniem potencjału ich wielofunkcyjnego, niedrogiego, drukowanego w 3D satelity, po pierwsze sprawdzając, w jaki sposób można wykorzystać PA 12 - łatwo przetwarzany materiał termoplastyczny - jest przeznaczony do masowej produkcji w zastosowaniach lotniczych, takich jak satelity, a następnie poprzez zaprojektowanie i przetestowanie wielofunkcyjnego urządzenia demonstracyjnego, które w zasadzie jest "kanapką z rdzeniem o strukturze plastra miodu wydrukowanym w 3D".

z jednej strony, to sprawia, że ​​do tej pory nie można wykorzystać dostępnej przestrzeni projektowej "- powiedzieli naukowcy o strukturze demonstratora. "Z drugiej strony można go wytwarzać za pomocą wysoce zautomatyzowanych i elastycznych procesów, na przykład za pomocą kombinacji drukowania FFF i automatycznego rozmieszczania włókien (AFP). Struktura demonstratora służy do pokazania możliwych rozwiązań do integracji funkcji w strukturze poprzez drukowanie 3D. Ponadto pokazuje potencjał wielofunkcyjnych struktur dla przyszłych satelitów. Aby zademonstrować zastosowane koncepcje integracji, zaprojektowano i przetestowano dodatkową próbkę wstrząsową. " CD3D .

W celu przetestować drukowanie FDM i SLS 3D, zespół użył polimeru wzmocnionego włóknami węglowymi Stratasys Nylon 12CF i PA 2200 firmy EOS do swoich badań i wykonał mechaniczne, odgazowywanie,oraz testy próżni termicznej na próbkach wykonanych w trzech różnych orientacjach w celu zmierzenia modułu Younga i wytrzymałości na rozciąganie. W odniesieniu do testu termicznej próżniowo-cyklicznej właściwości mechaniczne wydrukowanych próbek 3D zostały nieznacznie poprawione, chociaż wydłużenie przy zerwaniu zmniejszyło się.

"Przetworzony w technologii SLS czysty PA wykazuje właściwości mechaniczne bardzo podobne do specyfikacji producenta. Nie wykazuje również znaczącej anizotropii w odniesieniu do orientacji drukowania. Natomiast PA wzmocnione włóknem węglowym wykazuje silną anizotropię "- wyjaśniają naukowcy. "Jeśli chodzi o próbki w płaszczyźnie i na boki, wytrzymałość na rozciąganie jest drastycznie zwiększona przez zbrojenie. Natomiast stojące okazy wykazują zmniejszoną wytrzymałość. Podobne zachowanie można zaobserwować w odniesieniu do modułu Younga. Moduł Younga wzmocnionego materiału jest jednak zawsze powyżej czystej PA. Co więcej, można zauważyć, że standardowe odchylenie wszystkich testów wynosi mniej niż 5%. "

Zespół stwierdził, że materiały PA wykazują duży potencjał w zakresie niedrogich aplikacji kosmicznych, chociaż opracowany program testów być koniecznym dla prawdziwego procesu kwalifikacji.

Demonstrator technologii, który zawiera wydrukowane w 3D kanały kablowe, które integrują kable koncentryczne i wiązki kablowe, został wykorzystany do zweryfikowania zarówno funkcjonalności, jak i wykonalności funkcji drukowanych satelitów 3D- integracja komponentów elektronicznych, napędowych i cieplnych, a naukowcy ustalili, że przynajmniej w tym projekcie integracja elementów napędowych nie była możliwa.

Naukowcy opracowali i złożyli komponent testowy wraz z czujnik żyroskopowy, złącze, przewód ultradźwiękowy i inne zaplanowane funkcje, test wibracyjny. Element został wykonany z rdzenia o strukturze plastra miodu PETG, aby "zapewnić, że wyniki dotyczące funkcjonalności koncepcji będą dostępne przed optymalizacją procesu drukowania dla rdzenia o strukturze plastra miodu PEI."

Po teście wibracyjnym zespół nie wykrył żadnych widocznych uszkodzeń ani zmian na częstotliwość drgań własnych i mógł zweryfikować całkowitą funkcjonalność systemu elektronicznego.

"Demonstrator technologii wskazuje na zdolność wielofunkcyjnych konstrukcji warstwowych do satelitów. Koncepcja sprawia, że ​​do tej pory niedostępna przestrzeń projektowa jest dostępna i może generować znaczne oszczędności. Pierwszy udany test wibracyjny potwierdza projekt "zespółzakończony. "Z drugiej strony zmniejszenie masy jest mało prawdopodobne, ponieważ drukowana struktura plastra miodu nie jest lżejsza niż standardowe aluminiowe plastry miodu. Jednak wielofunkcyjna struktura oferuje dodatkowe oszczędności dzięki automatycznej produkcji odpowiedniej do masowej produkcji i zmniejszonych kosztach montażu. "

Naukowcy ustalili, że kilka dodatkowych kroków, takich jak kompleksowa analiza kosztów, jest wymaganych w celu przedstawić "całościową ocenę prezentowanej koncepcji"