I cinque componenti dello strumento chiave sono realizzati mediante fusione di fasci di elettroni, che possono trasmettere travi a scatola cava e pareti sottili.Ma la stampa 3D è solo il primo passo.
Lo strumento utilizzato nel rendering dell'artista è PIXL, un dispositivo petrolchimico a raggi X in grado di analizzare campioni di roccia su Marte.Fonte di questa immagine e sopra: NASA / JPL-Caltech
Il 18 febbraio, quando il rover “Perseverance” atterrerà su Marte, trasporterà quasi dieci parti metalliche stampate in 3D.Cinque di queste parti si troveranno in apparecchiature fondamentali per la missione del rover: lo strumento planetario petrolchimico a raggi X o PIXL.PIXL, installato all'estremità del cantilever del rover, analizzerà campioni di roccia e terreno sulla superficie del Pianeta Rosso per aiutare a valutare il potenziale di vita lì.
Le parti stampate in 3D di PIXL includono la copertina anteriore e posteriore, il telaio di montaggio, il tavolo radiografico e il supporto del tavolo.A prima vista sembrano parti relativamente semplici, alcune parti dell'alloggiamento e staffe a pareti sottili, possono essere realizzate in lamiera stampata.Tuttavia, risulta che i severi requisiti di questo strumento (e del rover in generale) corrispondono al numero di fasi di post-elaborazione nella produzione additiva (AM).
Quando gli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA hanno progettato PIXL, non avevano intenzione di realizzare parti adatte alla stampa 3D.Invece, aderiscono a un "budget" rigoroso concentrandosi completamente sulla funzionalità e sviluppando strumenti in grado di svolgere questo compito.Il peso assegnato di PIXL è di soli 16 chili;il superamento di questo budget farà sì che il dispositivo o altri esperimenti "saltino" dal rover.
Sebbene le parti sembrino semplici, questa limitazione di peso dovrebbe essere presa in considerazione durante la progettazione.Il banco di lavoro a raggi X, il telaio di supporto e il telaio di montaggio adottano tutti una struttura a trave scatolare cava per evitare di sostenere peso o materiali aggiuntivi, e la parete del coperchio del guscio è sottile e il contorno racchiude più da vicino lo strumento.
Le cinque parti stampate in 3D di PIXL sembrano semplici componenti di staffa e alloggiamento, ma budget lotti rigorosi richiedono che queste parti abbiano pareti molto sottili e strutture a travi scatolari cave, il che elimina il processo di produzione convenzionale utilizzato per fabbricarle.Fonte immagine: Additivi Carpenter
Per produrre componenti per alloggiamenti leggeri e durevoli, la NASA si è rivolta a Carpenter Additive, un fornitore di servizi di produzione di polvere metallica e stampa 3D.Poiché c’è poco spazio per cambiare o modificare il design di queste parti leggere, Carpenter Additive ha scelto la fusione a fascio di elettroni (EBM) come il miglior metodo di produzione.Questo processo di stampa 3D in metallo può produrre travi scatolari cave, pareti sottili e altre caratteristiche richieste dal design della NASA.Tuttavia, la stampa 3D è solo il primo passo nel processo di produzione.
La fusione a fascio di elettroni è un processo di fusione delle polveri che utilizza il fascio di elettroni come fonte di energia per fondere selettivamente insieme le polveri metalliche.L'intera macchina viene preriscaldata, il processo di stampa viene eseguito a queste temperature elevate, le parti vengono essenzialmente trattate termicamente quando le parti vengono stampate e la polvere circostante viene semi-sinterizzata.
Rispetto a processi simili di sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), l'EBM può produrre finiture superficiali più ruvide e caratteristiche più spesse, ma i suoi vantaggi consistono anche nel fatto che riduce la necessità di strutture di supporto ed evita la necessità di processi basati sul laser.Stress termici che possono essere problematici.Le parti PIXL escono dal processo EBM, sono di dimensioni leggermente più grandi, hanno superfici ruvide e intrappolano residui polverosi nella geometria cava.
La fusione a fascio di elettroni (EBM) può fornire forme complesse di parti PIXL, ma per completarle è necessario eseguire una serie di fasi di post-elaborazione.Fonte immagine: Additivi Carpenter
Come accennato in precedenza, per ottenere la dimensione finale, la finitura superficiale e il peso dei componenti PIXL, è necessario eseguire una serie di fasi di post-elaborazione.Per rimuovere la polvere residua e levigare la superficie vengono utilizzati sia metodi meccanici che chimici.L'ispezione tra ogni fase del processo garantisce la qualità dell'intero processo.La composizione finale è superiore di soli 22 grammi rispetto al budget totale, che rientra ancora nell'intervallo consentito.
Per informazioni più dettagliate su come vengono prodotte queste parti (compresi i fattori di scala coinvolti nella stampa 3D, la progettazione di strutture di supporto temporanee e permanenti e dettagli sulla rimozione della polvere), fare riferimento a questo caso di studio e guardare l'ultimo episodio di The Cool Spettacolo delle parti Per capire perché, per la stampa 3D, questa è una storia di produzione insolita.
Nella plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP), il meccanismo di rimozione del materiale è di frantumazione anziché di taglio.Ciò lo rende diverso dalle altre applicazioni di elaborazione.
Utilizzando una speciale geometria della fresa e aggiungendo un rivestimento duro su una superficie liscia, Toolmex Corp. ha creato una fresa che è molto adatta per il taglio attivo dell'alluminio.Lo strumento si chiama "Mako" e fa parte della serie di strumenti professionali SharC dell'azienda.
Orario di pubblicazione: 27 febbraio 2021