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太空3D列印

  • date   发布时间:2022/08/19
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【概要描述】 Mini-EUSO(极端宇宙空间天文台)望远镜的紫外线传感器部分,现在正在俄罗斯Zvezda舱的国际空间站飞行。将用于将光电倍增管检测器安装在平坦焦平面上方的支架,是通过符合空间要求的Ultem 9085灯丝在Stratasys F450系统上进行3D列印的。

太空3D列印

【概要描述】 Mini-EUSO(极端宇宙空间天文台)望远镜的紫外线传感器部分,现在正在俄罗斯Zvezda舱的国际空间站飞行。将用于将光电倍增管检测器安装在平坦焦平面上方的支架,是通过符合空间要求的Ultem 9085灯丝在Stratasys F450系统上进行3D列印的。

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实际任务中的FDM材料

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Mini-EUSO(极端宇宙空间天文台)望远镜的紫外线传感器部分,现在正在俄罗斯Zvezda舱的国际空间站飞行。将用于将光电倍增管检测器安装在平坦焦平面上方的支架,是通过符合空间要求的Ultem 9085灯丝在Stratasys F450系统上进行3D列印的。

(图片由义大利国家核子物理研究所(INFN)提供)

从最近与国际空间站(ISS)连接的,成功的载人航太X发射到第一阶段无人驾驶诺斯罗普•格鲁曼公司 / 洛克希德•马丁• 阿耳提米斯• 欧米加航太飞机的发射计划,参与太空项目的时间真是太酷了。在2021年春季首次亮相!在这些引人注目的项目之间,发射了数百枚小型卫星,无论是227公斤的Starlink还是1公斤的CubeSat。 (根据美国太空部队的太空监视网络,目前有3000多颗活动中的卫星在轨。)

贯穿这些技术成就的一个共同点是使用3D列印的聚合物零件,不仅用作制造工具和固定装置,还用作经过飞行认证的最终用途组件。已经使用的应用程式包括:

–总线结构,航空电子和电气系统的外壳,外壳和盖

–线束的安装/布线支架和线夹

–隔离不同机载实验的屏障结构

这些应用的数量和种类可能会让您感到惊讶,特别是用Stratasys 熔融沉积建模(FDM)印刷零件所演示的零件,该零件由两种当前选择的材料之一制成:Ultem 9085和Antero ESD(Antero 840CN03)。

结实,轻巧,可用于太空的材料

如果一个行业需要轻质零件,那就是航太工业。装载到火箭上的每一公斤都需要用物理学确定的昂贵燃料来产生推力,以将其推向地球重力。此外,大多数组件都是一种或很小的体积。难怪工程师们已经工作了数十年,用有效,重量轻的聚合物代替致密金属。

这些聚合物必须满足严格的机械性能要求:

• 高强度重量比

• 耐热高达320F / 167C

• 对各种醇,溶剂和油具有化学耐受性

• 不易燃

• 不易气体外泄

除此之外,还需要以与增材制造相容的形式进行工作,并且材料选择的数量会减少。但是,有两根丝达到了等级。

Ultem 9085是由SABIC开发并以原始形式销售的聚醚醯亚胺(PEI)热塑性塑胶。 Stratasys使用严格的质量控制将其转换为可以在其最大的工业列印机上运行的长丝,并且还提供包括详细的生产测试数据和可追溯的批号的认证等级。

自2011年以来,Stratasys Ultem 9085零件已通过认证并已在飞机上飞行,并且自2013年起已成为航天器的关键组件,例如通常用于补充国际空间站的诺斯罗普•格鲁曼•安塔雷斯飞机。麻省理工学院 / NASA艾姆斯研究中心的同步位置保持,接合,定向实验卫星(SPHERES) 是使用Ultem 9085零件的一个不寻常的项目。自2006年以来,这些彩色纳米卫星的各种反覆运算形式(看起来像排球大小的骰子)已在国际空间站内漂浮,其最初目标是测试远程式控制制集合点并停靠两个或多个失重所需的演算法和传感器。卫星型结构。

从那时起,已经建造了许多不同的版本并交付给国际空间站的宇航员。高中和大学生都大量参与设计实验,以测试微重力下的材料的物理和机械性能,例如无线电力传输。 2014年,“ Slosh”项目使用Ultem 9085零件来帮助连接单元,以研究流体的行为,例如容器之间的燃料晃动。

 

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国际空间站上的三架MIT / NASA艾姆斯研究中心的同步定位,参与,定向实验卫星(SPHERES)。由AA电池供电,这些纳米卫星的版本在美国命运实验室模块中用于评估“编队飞行”和其他演习,并用于研究无线电力传输等概念。一些反覆运算包括Ultem 9085制成的3D列印零件。 (图片由NASA提供)

 

最近,在2020年5月,美国国家核子物理研究所 (INFN)的义大利研究人员依靠Ultem 9085在其紫外线望远镜中制造了几个最终部件,该部件现已在国际空间站上运行。这套设备被称为Mini-EUSO(极端宇宙空间天文台),是对陆地和宇宙UV辐射进行多组件/多年研究的一项内容,现已安装在ISS俄罗斯的对地窗户中Zvezda模块。

 

参与Mini-EUSO的科学家指出,3D列印为定制支架的开发和制造过程节省了很多时间,该支架将光电倍增检测器连接到焦面的顶部和底部,甚至可以在镜头的“后期”进行修改。设计过程。它们的使用还节省了几公斤的上传质量。

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Mini-EUSO(极端宇宙空间天文台)现在正在俄罗斯Zvezda舱的国际空间站飞行。上图:3D列印的Ultem 9085支架(红色)的特写镜头,用于将检测器单元安装到焦平面的上下边缘(蓝色/紫色正方形)。左下:在支架上添加了3D列印面板。右下:包含电子设备的最终单元,安装在完整的Mini-EUSO仪器外壳中。 (图片由义大利国家核子物理研究所(INFN)提供)

 

静电耗散PEKK:Antero ESD

 

尽管Ultem 9085已被证明对许多天基应用极为有用,但对于某些应用,甚至还需要更多功能。一直在寻找一种静电耗散的灯丝,该灯丝还具有出色的化学,机械和火焰/烟雾/毒性特性。美国国家航空航天局戈达德航太中心成为Stratasys随后开发Antero ESD(Antero 840CN03)的推动力,后者是基于已经成功的Antero 800NA制成的灯丝。

 

两种Antero产品均基于聚醚酮酮(PEKK),一种高强度,耐化学腐蚀的材料。此外,ESD版本还装有碳纳米管短切纤维,提供了适度导电的“出口路径”,可自然消散正常运行期间积累的任何电荷。它还可以防止粉末,灰尘或细小颗粒粘附在表面上。

 

美国国家航空航天局(NASA)于2018年以支架的形式首飞了Antero ESD零件,该支架将光纤电缆平稳地固定在适当的位置。它位于名为“冰,云和陆地高程卫星2(ICESat-2)” 的气候变化监测卫星内部。该卫星由当时的诺斯罗普•格鲁曼创新系统公司(现为诺斯罗普•格鲁曼航太系统公司的一部分)制造和测试。该仪器本身称为高级地形镭射测高仪系统(ATLAS),是一种基于空间的镭射雷达单元。该卫星由NASA戈达德太空飞行中心建造和管理,可监视极地冰盖厚度变化等数据。

 

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朝着NASA先进地形镭射测高仪(ATLAS)仪器的背面显示了Stratasys Antero ESD(Antero 840CN03)3D列印部件(黑色弯曲支架,用于固定光纤)。该设备于2018年发射,在冰,云和陆地高空卫星2(ICESat-2)卫星上运行。 (图片由NASA提供)

倒数启动

更大的Antero ESD应用程式(以多种方式扩展)正在等待其首次亮相,其中包括 由洛克希德•马丁航太系统公司设计和制造的Orion模块的各个部分。作为NASA 阿耳 carry 弥斯计划的一部分,该飞船最终将把宇航员带到月球及以后,首次非月球轨道定于2021年春季发射。

猎户座飞船的对接舱口盖完全由Antero ESD印刷的部分制成。六个具有复杂曲线和切口的扇形小节配合在一起,形成一个直径一米的带中心孔的环。 (如果使用了Ultem 9085,则零件将需要第二层涂层或镀镍层以偏转静电荷,从而使Antero ESD选项非常吸引人。)

准备,设置,列印,启动!

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用Stratasys Antero 840CN03 3D列印的Orion航天器六件式舱口盖的整体视图和特写镜头,这是一种碳纳米管纤维填充的PEKK热塑性塑胶,具有ESD性能。整个外壳直径约为一米。 (图片由洛克希德•马丁太空系统公司提供)

(文章转载自:http://www.padtinc.com/blog/3d-printing-for-space-fdm-materials-on-real-missions/)

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