3D打印在航天科技的應用


2014年9月底,NASA預計將完成首台成像望遠鏡,所有元件基本全部通過3D打印技術制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術制造整台儀器的單位。這款太空望遠鏡功能齊全,其50.8毫米的攝像頭使其能夠放進立方體衛星(CubeSat,一款微型衛星)當中。
據了解,這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學鏡架全部作為單獨的結構直接打印而成,只有鏡面和鏡頭尚未實現。該儀器將於2015年開展震動和熱真空測試。

 這款長50.8毫米的望遠鏡將全部由鋁和鈦制成,而且只需通過3D打印技術制造4個零件即可,相比而言,傳統制造方法所需的零件數是3D打印的5-10倍。此外,在3D打印的望遠鏡中,可將用來減少望遠鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式,這是傳統制作方法在一個零件中所無法實現的。

2014年8月31日,美國宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測試,本項研究在於提高火箭發動機某個組件的性能,由於噴射器內液態氧和氣態氫一起混合反應,這裏的燃燒溫度可達到6000華氏度,大約為3315攝氏度,可產生2萬磅的推力,約為9噸左右,驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性。本項測試工作位打樣於阿拉巴馬亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心,這裏擁有較為完善的火箭發動機測試條件,工程師可驗證3D打印部件在點火環境中的性能。

制造火箭發動機的噴射器需要精度較高的加工技術,如果使用3D打印技術,就可以降低制造上的複雜程度,在計算機中建立噴射器的三維圖像,打印的材料為RP金屬粉末和激光,在較高的溫度下,金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子。火箭發動機中的噴射器內有數十個噴射元件,要建造大小相似的元件需要一定的加工精度,該技術測試成功後將用於制造RS-25發動機,其作為美國宇航局未來太空發射系統的主要動力,該火箭可運載宇航員超越近地軌道,進入更遙遠的深空。馬歇爾中心的工程部主任克裏斯認為3D打印技術在火箭發動機噴油器上應用只是第一步,我們的目的在於測試3D打印部件如何能徹底改變火箭的設計與制造,並提高系統的性能,更重要的是可以節省時間和成本,不太容易出現故障。本次測試中,兩具火箭噴射器進行了點火,每次5秒,設計人員創建的複雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合,壓力為每平方英寸1400磅。

2014年10月11日,英國一個發燒友團隊用3D打印技術制出了一枚火箭,他們還准備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊於當地時間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個世界第一架用3D打印技術制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說,有了3D打印技術,要制造出高度複雜的形狀並不困難。就算要修改設計原型,只要在計算機輔助設計的軟件上做出修改,打印機將會做出相對的調整。這比之前的傳統制造方式方便許多。既然美國宇航局已經在使用3D打印技術制造火箭的零件,3D打印技術的前景是十分光明的。

據介紹,這個名為“低軌道氦輔助導航”的工程項目由一家德國數據分析公司贊助。打印出的這枚火箭重3公斤,高度相當於一般成年人身高,是該團隊用4年時間、花了6000英鎊制造出來的。等一筆1.5萬英鎊的資助確定之後,他們將於今年底在新墨西哥州的美國航天港發射該火箭。一個裝滿氦的3D列印巨型氣球將把火箭提升到20000米高空,裝置在火箭裏的全球定位系統將啟動火箭引擎,火箭噴射速度將達到每小時1610公裏。之後,火箭上的自動駕駛系統將引導火箭回返地球,而裏頭的攝像機將把整個過程拍攝下來。

美國國家航空航天局(NASA)官網2015年4月21日報道,NASA工程人員正通過利用增材制造技術制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本,NASA空間技術任務部負責人表示,這是航空航天領域3D打印技術應用的新裏程碑。

2015年6月22日報道,國營企業俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機,重3.8公斤,翼展2.4米,飛行時速可達90至100公裏,續航能力1至1.5小時。公司發言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹,公司用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍,實際生產耗時僅為31小時,制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。


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