miniFactory 3D打印卫星部件将用做通信卫星金属替换件

航空航天军工能源
2021
04/20
14:16
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本帖最后由 小软熊 于 2021-4-20 14:36 编辑

芬兰研究小组的项目旨在制造更轻、更快的航天器,研究的重点是开发适合在太空使用的3D打印聚合物组件,Maker3D是这个研究小组的一部分,负责用高分子材料对需要的零件进行3D打印,并提供3D打印技术和零件设计方面的专业知识。minifactory Ultra 3D打印机被选为这项工作的应用工具,能够为航空航天和航天工业设计多种高性能材料,还可以将多种材料组合在同一零件中。
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该项目名为HighPEEK,由欧洲航天局(ESA)资助,于2019年9月启动,并持续两年。该项目最终将生产适用于空间技术的部件。由于每公斤发射到轨道上的成本可能高达3万美元,即使重量减少很小,也可以节省大量预算。该项目的研究目标是减少至少50%的零件重量,并尽可能缩短交货期。主要想法是更换金属零件,因此项目中使用的材料一般需要是性能最好的高性能聚合物。这种材料的3D打印对于航天发射来说是一种极为经济高效的制造方式。

其中的项目成员表示:“用3D打印热塑性塑料替换金属零件,可以达到要求的规格。当这些部件在TRL5环境中进行测试时,要求非常高。零件需要承受强烈的振动、电荷和温度的快速变化。并且,有时零件也可能需要有内部电路的线路结构”。

卫星零件正在制作中
卫星上使用的部件将面临地球空间环境以及振动和发射载荷。对零件的其他重要要求是除气和抗紫外线能力。
为该项目选择了两组零件:
1.外壳
2.支撑结构和支架

为了有一个真实的角度,将已被用于卫星项目(如ARTES)的金属部件选为基准,来与3D打印高性能聚合物进行比较。3D打印PEEK CF支架,用于固定卫星上的通用蜂窝板,照传统所用的铝质版轻了59%。
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上图中突出显示了来自支撑结构和支架组的3D打印部件的一个示例。支架用于固定通用蜂窝板。这些传统上是固定使用简单的铝角板与螺栓连接到框架。尽管3D打印版看起来要复杂得多,但它比传统铝制版轻59%。图片中突出显示的最新3D打印部件已使用gyroid填充打印为半空心结构。这使得重量急剧减少而不损害机械性能。3D打印版本中使用的材料是碳纤维增强PEEK材料。
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第二个示例部分来自一组外壳。采用ESD-PEKK材料制作了哨兵一号地球测绘卫星电源继电器外壳。原来的外壳是用铝制成的,但利用3D打印可以改变结构并使网格更轻。运用高性能聚合物,项目的所有目标都可以实现。

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采用PEEK CF材料并重新设计的传感器外壳
上图所示的实验性IRES-C传感器外壳最初是用金属制成的。IRES-C是红外地球传感器的缩写,它的任务是作为在轨卫星姿态调整的一部分。重新设计的传感器外壳采用碳纤维增强PEEK进行了3D打印,这种设计实现了结构更轻而不影响功能。

零件要求
在进入轨道的旅程开始时,部件需要承受很大的压力。准确地说,纵向加速度为6g,横向加速度为4g,并且还不是全部,有很多连续的振动和零星的冲击载荷。因此,零件的测试需要全面,涵盖零件强度和刚度测试的不同方面。除了拉伸和弯曲模式外,还使用振动台测试了零件的抗疲劳性。

当部件进入轨道时,需求会发生变化,不同的挑战也会出现。这些零件现在面临着高真空和不同光谱的电磁辐射。所有零件都需要进行不同类型紫外线(A、B和C)的应力测试,以便能够承受空间中的连续暴露。

除此之外,零件还需要具有非常好的排气性能。这是一种与零件在高真空下的稳定性有关的现象。零件不能在聚合物结构中含有气泡或在真空中发生化学分解。
为了满足所有这些要求,零件需要用性能最好的聚合物制作,并需要全程监控制作的过程。

http://minifactory.fi/
合作电话:15101090243(微信同号)


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