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3D打印用于卫星制造:为任务量身定制

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来源:3D打印技术参考

3D打印的优势已经不能谈再多,在航空航天、卫星制造等方面,它几乎受到所有航空大国的重视。德国开展了热塑性材料(PA)3D打印在卫星大规模生产中的适用性研究;美国则采用金属3D打印技术制造直接制造卫星器件,甚至用来增强卫星射频滤波器的生产。2018年,嫦娥四号任务“鹊桥”中继卫星的成功发射实现了我国3D打印部件在轨应用,与此同时我国还将该技术用于卫星等离子体推进器筛网等器件的制造。
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航空大国无一不再积极探索3D打印的应用潜力,真正的区别在于,应该如何用好这门技术。本期我们来看欧洲航空航天制造商Thales Alenia Space,如何借助3D打印为卫星任务量身定制。

79个金属零件与350个塑料零件的3D打印在轨应用
Thales Alenia Space于2015年开始利用3D打印进行卫星部件制造,从铝合金天线支架的首次尝试,到此后每颗卫星上都有3D打印零部件,至2017年Thales Alenia Space已经将79个金属3D打印零件和350个塑料3D打印零件发射至太空并实现在轨应用。
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Thales Alenia Space金属天线支架
在79个部件中,其中47个具有不同的设计用于执行13种不同的功能。塑料零件则全部相同,用于推进系统的支架,在此前发射的十颗卫星中,每颗卫星上面有35支3D打印的塑料支架。
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Thales Alenia Space为韩国通讯卫星制造的天线
支架(450 x 400x 210mm)
在今天Thales Alenia Space开展的Spacebus Neo(地球静止轨道卫星平台)项目中,公司计划将3D打印投入批量生产,实现更大规模的应用。

大型金属3D打印部件用于卫星平台项目
Spacebus Neo卫星将配备4个由铝合金制成的反作用轮支架以及16个天线展开和指向机构支架(4个铝合金和12个钛合金支架)。3D打印的反应轮支架旨在满足市场对低成本的需求,这种新的设计和制造方式使成本减少了约10%,并且使生产计划缩短了一到两个月。除此之外,新部件重量减轻了30%,性能也得到了提升。
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3D打印支架安装在Konnect卫星的一个部件上
为了生产这些大型反作用轮支架(466 x 367 x 403 mm),Thales Alenia Space采用的是Concept Laser Xline 2000R金属3D打印机,该打印机具有800 x 400 x 500 mm的构建尺寸,是目前国际普遍使用的大型金属增材制造零件专用机型。4个铝合金反作用轮支架已于3月初集成在平台项目之一的Konnect卫星上。

为任务量身定制
3D打印不仅适合生产卫星部件,而且还为航空航天制造商提供了生产过程的灵活性,可根据需要进行高水平的定制。换句话说,Thales Alenia可以动态地集成必要的设计变更,以满足新任务的确切要求。

以此次制造的部件为例,每个卫星的四个反作用轮支架实际为两组对称部件,但每颗卫星的支架方向角和接口则可能不同,3D打印的自由制造特点允许设计和制造单件结构,因此支架的设计可以根据特定功能和位置进行开放式调整,实现为任务而量身定制。

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Thales Alenia Space为Konnect卫星制造的
4个3D打印支架
此外,Thales Alenia Space还将连接器和电缆配件直接整合到整体设计中,集成式的设计作为单个部件打印,避免了额外的装配要求。

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Thales Alenia Space卫星支架
除目前确定的3D打印部件,Spacebus Neo平台项目还将在不久的将来推出更多有机设计的3D打印部件。


虽然我们看到最多的应用是各类支架,但它也是最能突出3D打印轻量化和复杂制造特点的产品,这无疑给航空发射带来了巨大优势。与此同时,为了确保最严格的质量标准,整个过程和各个组件都需要具有可追溯性,全面的测试和检验流程是3D打印得以深入应用的重要保证。作为全球知名的航空航天制造商,Thales Alenia Space在卫星3D打印部件设计、制造和应用方面成绩显著。

同样的,我国在卫星部件的3D打印制造方面也积累了大量经验,中国航天科技集团五院、上海航天技术研究院八院等单位已经开展了卫星部件的全新设计和部件的在轨应用,也已经取得了不错的成绩。



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