Drukowanie trójwymiarowych struktur kratowych w celu uzyskania bardziej lekkiej szyny CubeSat

CubeSats mogą być proste, lub mogą być również złożone, a drukowanie 3D może z łatwością je usprawnić. W pracy zatytułowanej "Projektowanie i testowanie dodatkowo produkowanej szyny strukturalnej CubeSat", porucznik Sił Powietrznych USA Karson A. Roberts opisuje wykorzystanie drukowania 3D do stworzenia szyny strukturalnej CubeSat.

"Ostatnie innowacje w produkcji dodatków a możliwości projektowe otworzyły drzwi dla większych możliwości zintegrowania wielu funkcji w projekcie strukturalnym "- mówi Roberts. "W szczególności drukowanie 3D za pomocą zaawansowanego sproszkowania laserowego proszku z proszku metalicznego pozwala na opracowanie i integrację zaawansowanych struktur, które wcześniej były nieosiągalne."

Roberts wykorzystuje tę technologię do opracowania szyny CubeSat składającej się z różnych wewnętrznych i funkcje zewnętrzne, wykraczające poza zwykłe wsparcie strukturalne i dodatkowo zwiększające funkcjonalność i możliwości satelity. Zintegrowane funkcje obejmują wewnętrzne kraty i zakładki przewodów. Roberts korzystał z drukarek 3D dostępnych w Air Force Institute of Technology (AFIT), w tym z drukarki Ultimaker 3 i Concept Laser M2 Cusing (proces ten jest również nazywany Selective Laser Melting, Direct Metal Laser Sintering i Powder Bed Fusion). / p>

Ultimaker 3 został użyty do stworzenia proof of concept i początkowych iteracji projektowych, podczas gdy M2 został użyty do wydrukowania metalowych części satelity w Inconelu 718. Magistrala CubeSat została zaprojektowana w SOLIDWORKS, a oprogramowanie generacji kratowej Element o nazwie nTopology został użyty do utworzenia konfiguracji sieci i wzorów, które można wstawić do konkretnej części. Badania Roberta skupiły się w szczególności na konstrukcjach kratowych, aby lżejsza i sztywniejsza struktura była wcześniej sztywna.

"... konstrukcja kratowana wykazała masowe oszczędności w porównaniu do autobusu o jednolitych ściankach o tych samych wymiarach i ścianie grubość, szacowana na 1010,05 g, "mówi Roberts. "Jest to zmniejszenie masy o 35% w stosunku do całkowitej przewidywanej masy wzoru męskiego / żeńskiego. Rzeczywista masa autobusu o jednolitych ściankach nie jest znana, ponieważ nie została wyprodukowana, ale konstrukcja z kratownicą nadal wykazywałaby zmniejszenie masy o 11%, zakładając, że obrobiona konstrukcja z litej ściany była dokładnie taka sama jak przewidywana masa. / p>

Szyna strukturalna CubeSat, po jej ukończeniu, była następnie poddawana testom wibracyjnym, aby sprawdzić, czy może ona wytrzymać warunki uruchamiania.

"Niestety, spada zarówno częstotliwość drgań własnych, jak iszczytowa reakcja przy wartościach drgań własnych pomiędzy przed i po sinusoidzie była dominująca w tym teście i nie spełniała kryteriów określonych przez NASA GEVS "- wyjaśnia Roberts. "Dokładny powód tego spadku jest nieznany i wymaga obszernych przyszłych badań." CD3D .

Badanie nie Wynika to doskonale, co pokazują wyniki testów wibracyjnych, a Roberts wskazuje również, że był ograniczony rozmiarami dostępnych drukarek 3D. Stwierdził również, że lepsza znajomość oprogramowania, z którego korzystał, może mu przynieść korzyści. Jednak badania wykazały, że projekty kratownic mogą znacznie zmniejszyć wagę i masę struktury, takiej jak szyna CubeSat, i że drukowanie 3D może skutecznie tworzyć takie projekty. Jest to obiecujące dla przyszłych wydarzeń CubeSat.