近距離了解含100個(gè)3D打印零件的“獵戶座”飛船
魔猴君 行業(yè)資訊 1772天前
當(dāng)3D打印的高性能零件似乎還沒有來到我們的生活中的時(shí)候,這一技術(shù)卻已經(jīng)創(chuàng)建效率更高的航天器,“獵戶座”飛船,是NASA的新型宇宙飛船。是由洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建造的飛船。實(shí)際上由兩個(gè)飛行器構(gòu)成,它們分別是:載人探測飛船(CEV)和貨物運(yùn)載火箭(CLV)?!矮C戶座”飛船內(nèi)部空間比阿波羅飛船大2.5倍,最多可容納6名宇航員。
本期,一起來近距離了解含100個(gè)3D打印零件的“獵戶座”飛船的來龍去脈。
宇宙探索
打開探索極限的極限大門
“獵戶座”飛船一直在以指數(shù)級(jí)增長速度使用增材制造技術(shù)。根據(jù)洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin)和美國國家航空航天局(NASA)最近宣布的信息,目前已完成為Artemis I任務(wù)開發(fā)的“獵戶座”飛船使用了100個(gè)3D打印零件。而在執(zhí)行Artemis II任務(wù)的航天器中,洛克希德公司已開發(fā)了近200個(gè)3D打印部件。
“獵戶座”乘員艙模塊
2018年9月,美國國家航空航天局(NASA)與洛克希德(Lockheed)簽訂了生產(chǎn)和運(yùn)營6個(gè)“獵戶座”(Orion)航天器飛行任務(wù)的合同。最初,美國國家航空航天局以27億美元的價(jià)格訂購了三架“獵戶座”飛船,在2022年,該機(jī)構(gòu)計(jì)劃以19億美元的價(jià)格再訂購三架“獵戶座”飛船,到2030年,根據(jù)IDIQ合同,最多可再訂購六架“獵戶座”飛船,利用前六個(gè)任務(wù)的航天器生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)最低的單價(jià)。
“獵戶座”飛船上使用的金屬3D打印技術(shù)
采用3D打印技術(shù),可以有效的降低包括“獵戶座”飛船在內(nèi)的開發(fā)成本和進(jìn)度效率,并以此方式實(shí)現(xiàn)洛克希德的技術(shù)進(jìn)步要求,并且3D打印技術(shù)還旨在使得航天器更有效地獲得重用,3D打印更具成本競爭力,并能更快地交付具有更好技術(shù)性能的航天器。
3D打印的“獵戶座”飛船對(duì)接艙口蓋由PEKK熱塑性塑料制成。來源:洛克希德
一個(gè)典型的例子是洛克希德3D打印的接艙口蓋可以節(jié)省成本,此外,得益于新型的ESD兼容高分子材料(一種防靜電塑料),3D打印還實(shí)現(xiàn)了更多的技術(shù)性能。
除了降本增效,3D打印還可以實(shí)現(xiàn)很多傳統(tǒng)上難以生產(chǎn)的零件,例如經(jīng)過質(zhì)量優(yōu)化的結(jié)構(gòu)支架和可在整個(gè)機(jī)艙內(nèi)引導(dǎo)氣流的管道。洛克希德還3D打印了不同的墊片(在座椅邊緣和宇航員臀部之間的部分),并且根據(jù)使用它的宇航員而設(shè)計(jì)出各種尺寸的墊片。
不過,除了降本增效,一個(gè)普遍關(guān)心的問題是3D打印零件可以承受太空中最嚴(yán)酷的環(huán)境條件嗎?
洛克希德經(jīng)過多年的實(shí)踐而得出的鑒定結(jié)論是3D打印的零件可以承受嚴(yán)酷的環(huán)境條件。2011年,洛克希德發(fā)布了有史以來第一個(gè)3D打印零件,現(xiàn)在這些零件還在正常使用。而在未來的載人任務(wù)中,洛克希德將進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)這些驗(yàn)證零件的重要性。這一點(diǎn)不僅僅基于測試,還基于經(jīng)驗(yàn)。
當(dāng)然,激發(fā)3D打印潛力,這其中設(shè)計(jì)是非常重要的。
洛克希德生產(chǎn)了許多不同的零件,這些零件幾乎具有仿生學(xué)的形狀結(jié)構(gòu),仿生學(xué)的應(yīng)用在重量和可生產(chǎn)性方面都針對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化,這種靈感隨處可見,包括對(duì)于人體骨骼的模仿就被應(yīng)用到洛克希德已經(jīng)完成的一些結(jié)構(gòu)性支架,
這激發(fā)了更多的想像空間,3D打印在能夠?qū)⒋罅苛慵M合成一個(gè)零件,消除了許多緊固件和焊接的需求,并減輕了重量,這對(duì)于飛船來說是非常重要的進(jìn)步。設(shè)計(jì)師正在使用創(chuàng)成式設(shè)計(jì),創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與3D打印的結(jié)合可以說是相輔相成。航天器的某些部分無法通過其他技術(shù)來完成,例如空心的復(fù)雜零件,這些零件通過創(chuàng)成式與3D打印的結(jié)合以不可思議的方式被創(chuàng)造出來。
在3D打印技術(shù)的作用下,洛克希德力爭將成本降低 50%。去年,洛克希德的整個(gè)空間部門3D打印了大約6,500個(gè)零件。并且對(duì)3D打印技術(shù)的可持續(xù)性感到非常自豪。塑料產(chǎn)品可以根據(jù)需要進(jìn)行回收和再利用,粉末床工藝非常高效,從材料的角度來看,3D打印技術(shù)是非常可持續(xù)且具有成本效益的。洛克希德發(fā)現(xiàn)經(jīng)??梢酝ㄟ^3D打印將材料的浪費(fèi)控制在低于5%的水平,而當(dāng)將其與某些減材和傳統(tǒng)制造應(yīng)用進(jìn)行比較時(shí),這些數(shù)字會(huì)完全翻轉(zhuǎn),有時(shí)候傳統(tǒng)制造技術(shù)甚至?xí)a(chǎn)生高達(dá)90%的材料浪費(fèi)。
“獵戶座”飛船是目前唯一一個(gè)真正的探索級(jí)航天器的航天器。它與眾不同,具有前所未有的獨(dú)特功能,而3D打印正在為“獵戶座”飛船探索更多極限。