Los cinco componentes del instrumento clave se fabrican mediante fusión de haces de electrones, que pueden transmitir haces de caja hueca y paredes delgadas.Pero la impresión 3D es sólo el primer paso.
El instrumento utilizado en la representación del artista es PIXL, un dispositivo petroquímico de rayos X que puede analizar muestras de rocas en Marte.Fuente de esta imagen y arriba: NASA / JPL-Caltech
El 18 de febrero, cuando el rover "Perseverance" aterrice en Marte, llevará cerca de diez piezas metálicas impresas en 3D.Cinco de estas piezas se encontrarán en equipos críticos para la misión del rover: el Instrumento Planetario Petroquímico de Rayos X o PIXL.PIXL, instalado al final del voladizo del rover, analizará muestras de rocas y suelo en la superficie del Planeta Rojo para ayudar a evaluar el potencial de vida allí.
Las piezas impresas en 3D de PIXL incluyen la cubierta frontal y posterior, el marco de montaje, la mesa de rayos X y el soporte de la mesa.A primera vista parecen piezas relativamente simples, algunas piezas de carcasa de paredes delgadas y soportes, que pueden estar hechos de chapa moldeada.Sin embargo, resulta que los estrictos requisitos de este instrumento (y del rover en general) coinciden con el número de pasos de posprocesamiento en la fabricación aditiva (AM).
Cuando los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA diseñaron PIXL, no se propusieron fabricar piezas adecuadas para la impresión 3D.En cambio, se adhieren a un "presupuesto" estricto mientras se centran completamente en la funcionalidad y desarrollan herramientas que puedan realizar esta tarea.El peso asignado de PIXL es de sólo 16 libras;exceder este presupuesto hará que el dispositivo u otros experimentos "salten" del rover.
Aunque las piezas parecen simples, esta limitación de peso debe tenerse en cuenta al diseñar.El banco de trabajo de rayos X, el marco de soporte y el marco de montaje adoptan una estructura de viga de caja hueca para evitar soportar peso o materiales adicionales, y la pared de la cubierta de la carcasa es delgada y el contorno encierra más estrechamente el instrumento.
Las cinco piezas impresas en 3D de PIXL parecen simples componentes de soporte y carcasa, pero los presupuestos de lotes estrictos requieren que estas piezas tengan paredes muy delgadas y estructuras de vigas de caja huecas, lo que elimina el proceso de fabricación convencional utilizado para fabricarlas.Fuente de la imagen: Aditivos de carpintero
Para fabricar componentes de carcasas livianos y duraderos, la NASA recurrió a Carpenter Additive, un proveedor de polvo metálico y servicios de producción de impresión 3D.Dado que hay poco margen para cambiar o modificar el diseño de estas piezas livianas, Carpenter Additive eligió la fusión por haz de electrones (EBM) como el mejor método de fabricación.Este proceso de impresión 3D de metal puede producir vigas de caja huecas, paredes delgadas y otras características requeridas por el diseño de la NASA.Sin embargo, la impresión 3D es sólo el primer paso en el proceso de producción.
La fusión por haz de electrones es un proceso de fusión de polvo que utiliza un haz de electrones como fuente de energía para fusionar selectivamente polvos metálicos.Toda la máquina se precalienta, el proceso de impresión se lleva a cabo a estas temperaturas elevadas, las piezas se tratan esencialmente térmicamente cuando se imprimen y el polvo circundante se semisinteriza.
En comparación con procesos similares de sinterización directa por láser de metales (DMLS), la EBM puede producir acabados superficiales más rugosos y características más gruesas, pero sus ventajas también son que reduce la necesidad de estructuras de soporte y evita la necesidad de procesos basados en láser.Estreses térmicos que pueden ser problemáticos.Las piezas PIXL provienen del proceso EBM, son un poco más grandes, tienen superficies rugosas y atrapan tortas de polvo en la geometría hueca.
La fusión por haz de electrones (EBM) puede proporcionar formas complejas de piezas PIXL, pero para completarlas se deben realizar una serie de pasos de posprocesamiento.Fuente de la imagen: Aditivos para carpinteros
Como se mencionó anteriormente, para lograr el tamaño final, el acabado superficial y el peso de los componentes PIXL, se deben realizar una serie de pasos de posprocesamiento.Se utilizan métodos tanto mecánicos como químicos para eliminar el polvo residual y alisar la superficie.La inspección entre cada paso del proceso garantiza la calidad de todo el proceso.La composición final es sólo 22 gramos superior al presupuesto total, que sigue estando dentro del rango permitido.
Para obtener información más detallada sobre cómo se fabrican estas piezas (incluidos los factores de escala involucrados en la impresión 3D, el diseño de estructuras de soporte temporales y permanentes y detalles sobre la eliminación de polvo), consulte este estudio de caso y vea el último episodio de The Cool. Show de piezas Para entender por qué, para la impresión 3D, esta es una historia de producción inusual.
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Hora de publicación: 27 de febrero de 2021