핵심 장비의 다섯 가지 구성 요소는 전자빔 용해로 만들어지며, 이는 속이 빈 상자 빔과 얇은 벽을 전송할 수 있습니다.하지만 3D 프린팅은 단지 첫 번째 단계에 불과합니다.
작가의 렌더링에 사용된 장비는 화성의 암석 샘플을 분석할 수 있는 X선 석유화학 장치인 PIXL이다.이 이미지 이상의 출처: NASA / JPL-Caltech
2월 18일 "Perseverance" 탐사선이 화성에 착륙했을 때 거의 10개의 금속 3D 프린팅 부품을 운반하게 되었습니다.이 부품 중 5개는 로버 임무에 중요한 장비인 X선 석유화학 행성 장비(PIXL)에서 찾을 수 있습니다.탐사선의 캔틸레버 끝에 설치된 PIXL은 화성 표면의 암석과 토양 샘플을 분석하여 그곳의 생명체 가능성을 평가하는 데 도움을 줍니다.
PIXL의 3D 프린팅 부품에는 전면 커버와 후면 커버, 장착 프레임, X선 테이블 및 테이블 지지대가 포함됩니다.언뜻 보면 상대적으로 단순한 부품, 일부 얇은 벽의 하우징 부품 및 브래킷처럼 보이지만 성형된 판금으로 만들어질 수 있습니다.그러나 이 장비(및 일반적인 로버)의 엄격한 요구 사항은 적층 가공(AM)의 후처리 단계 수와 일치하는 것으로 나타났습니다.
NASA JPL(제트 추진 연구소)의 엔지니어는 PIXL을 설계할 때 3D 프린팅에 적합한 부품을 만들기 위해 시작한 것이 아닙니다.대신 엄격한 "예산"을 고수하면서 기능에 전적으로 집중하고 이 작업을 수행할 수 있는 도구를 개발합니다.PIXL에 할당된 무게는 16파운드에 불과합니다.이 예산을 초과하면 장치나 기타 실험이 탐사선에서 "점프"됩니다.
부품이 단순해 보이지만 설계 시 이러한 무게 제한을 고려해야 합니다.X선 작업대, 지지 프레임 및 장착 프레임은 모두 추가 무게나 재료를 지탱하지 않도록 중공 상자 빔 구조를 채택하고 쉘 커버의 벽은 얇고 윤곽이 기기를 더 밀접하게 둘러쌉니다.
PIXL의 5개 3D 프린팅 부품은 단순한 브래킷 및 하우징 구성 요소처럼 보이지만 엄격한 배치 예산으로 인해 이러한 부품에는 매우 얇은 벽과 속이 빈 상자 빔 구조가 필요하므로 이를 제조하는 데 사용되는 기존 제조 공정이 필요하지 않습니다.이미지 출처: 목수 첨가제
가볍고 내구성이 뛰어난 주택 부품을 제조하기 위해 NASA는 금속 분말 및 3D 프린팅 생산 서비스 제공업체인 Carpenter Additive를 선택했습니다.이러한 경량 부품의 설계를 변경하거나 수정할 여지가 거의 없기 때문에 Carpenter Additive는 전자빔 용해(EBM)를 최고의 제조 방법으로 선택했습니다.이 금속 3D 프린팅 공정은 NASA의 설계에 필요한 속이 빈 상자 빔, 얇은 벽 및 기타 기능을 생산할 수 있습니다.그러나 3D 프린팅은 생산 과정의 첫 번째 단계일 뿐입니다.
전자빔 용융은 전자빔을 에너지원으로 사용하여 금속 분말을 선택적으로 융합시키는 분말 용융 공정입니다.전체 기계가 예열되고, 프린팅 공정이 이러한 높은 온도에서 수행되며, 부품이 프린팅될 때 부품은 본질적으로 열처리되고, 주변 분말은 반소결됩니다.
유사한 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 공정과 비교할 때 EBM은 더 거친 표면 마감과 더 두꺼운 형상을 생성할 수 있지만 지지 구조의 필요성을 줄이고 레이저 기반 공정의 필요성을 피한다는 장점도 있습니다.문제가 될 수 있는 열 응력.PIXL 부품은 EBM 공정에서 나오며 크기가 약간 더 크고 표면이 거칠며 중공 구조에 가루 덩어리가 갇히게 됩니다.
전자빔 용해(EBM)는 복잡한 형태의 PIXL 부품을 제공할 수 있지만 이를 완성하려면 일련의 후처리 단계를 수행해야 합니다.이미지 출처: 목수 첨가제
위에서 언급한 바와 같이 PIXL 부품의 최종 크기, 표면 마감 및 무게를 달성하려면 일련의 후처리 단계를 수행해야 합니다.기계적 방법과 화학적 방법을 모두 사용하여 잔여 분말을 제거하고 표면을 매끄럽게 만듭니다.각 공정 단계 사이의 검사는 전체 공정의 품질을 보장합니다.최종 구성은 총 예산보다 22g 더 높을 뿐이며, 이는 여전히 허용 범위 내에 있습니다.
이러한 부품이 제조되는 방법에 대한 자세한 내용(3D 프린팅과 관련된 규모 요소, 임시 및 영구 지지 구조 설계, 분말 제거에 대한 세부 정보 포함)은 이 사례 연구를 참조하고 The Cool의 최신 에피소드를 시청하세요. 부품 표시 3D 프린팅의 경우 이는 특이한 생산 스토리인 이유를 이해하기 위한 것입니다.
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게시 시간: 2021년 2월 27일