隨SpaceX的火箭發射,Fraunhofer IPT 製造用於外層空間實驗的超輕型框架

2023-03-21     3D科學谷

原標題:隨SpaceX的火箭發射,Fraunhofer IPT 製造用於外層空間實驗的超輕型框架

SpaceX Cargo Dragon 太空梭於 2023 年 3 月 15 日從佛羅里達州的甘迺迪航天中心出發前往國際空間站 (ISS)。除此之外,太空梭還搭載了一個實驗裝置,這個實驗裝置得到了亞琛弗勞恩霍夫生產技術研究所 Fraunhofer IPT 團隊的支持,他們為實驗設計和製造了超輕且極其穩定的支撐結構。

雷射粉末床熔融(LPBF) 增材製造的複雜結構不鏽鋼結構部件

亞琛Fraunhofer IPT

/ 小空間的三個實驗

太空梭搭載的實驗裝置將測試如何通過在零重力下使用所謂的鐵磁流體來優化機械部件(鐵磁流體是含有微小磁性顆粒的液體);還將研究鐵磁流體如何可能延長組件的使用壽命。

在三個實驗中,將測試由鐵磁流體支持的位置控制系統:磁性流體由外部磁場引導,從而產生扭矩。另外兩個實驗涉及一個電開關和一個熱開關,通過鐵磁流體打開和關閉電路。

滾珠軸承、活塞或泵等機械部件的使用壽命有限:這些零件會隨著時間的推移而磨損,必須更換。太空工程師面臨著此類磨損部件的主要問題,因為它們不能簡單地在太空中更換。

國際空間站太空人把實驗裝置安裝在空間站的實驗櫃中,並在那裡放置大約四個星期。柜子里的空間非常有限:只有 10 x 10 x 20 立方厘米的空間可以容納實驗箱。實驗裝置安裝在用螺紋杆擰入盒子底部的鋁板上。為了穩定結構和保護實驗,還需要特殊的支撐結構。

航空航天增材製造應用

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/ 對部件設計的嚴格要求

Fraunhofer IPT根據實驗要求設計和製造四個結構部件,以穩定和保護實驗裝置。要求非常嚴格:結構部件必須非常穩定,以承受飛行過程中的強烈振動——尤其是在發射和重返地球大氣層期間——防止它們移動。同時,該結構必須儘可能開放,讓空氣流通並冷卻實驗裝置。此外,組件的總重量不得超過 400 克。

亞琛Fraunhofer IPT

在 LPBF雷射粉末床熔融3D列印過程中,粉末材料以非常薄的層均勻地塗在構建板上,並通過雷射束選擇性地熔化。 針對這種3D列印方式可以實現複雜形狀的特點,Fraunhofer IPT 的增材製造專家 Stefan Gräfe 設計了多個版本的結構組件。使用建模軟體分析了可用空間並設計了滿足所有標準的組件,使用雷射粉末床熔融(LPBF) 3D列印技術作為製造工藝,並使用不鏽鋼作為材料。

此外,研究人員追求另一個目標:儘可能減少後處理工作量,也就是儘量減少支撐結構。最終結果表明Fraunhofer團隊的策略奏效了:支撐結構的總重量僅為 141 克,這些組件還通過了在科隆德國航空航天中心 (DLR) 進行的穩定性壓力測試。

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文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-sg/d4af7d4497b4e1b1e7e965ce4845e94a.html