De vijf componenten van het sleutelinstrument zijn gemaakt door het smelten van elektronenstralen, waardoor holle balken en dunne wanden kunnen worden overgebracht.Maar 3D-printen is slechts de eerste stap.
Het instrument dat in de weergave van de kunstenaar wordt gebruikt, is PIXL, een petrochemisch röntgenapparaat dat rotsmonsters op Mars kan analyseren.Bron van deze afbeelding en hierboven: NASA / JPL-Caltech
Toen de 'Perseverance'-rover op 18 februari op Mars landde, zal hij bijna tien metalen 3D-geprinte onderdelen aan boord hebben.Vijf van deze onderdelen zullen worden aangetroffen in apparatuur die cruciaal is voor de missie van de rover: het X-ray Petrochemical Planetary Instrument of PIXL.PIXL, geïnstalleerd aan het einde van de cantilever van de rover, zal rots- en grondmonsters op het oppervlak van de Rode Planeet analyseren om het levenspotentieel daar te helpen beoordelen.
De 3D-geprinte onderdelen van Pixl omvatten de voor- en achterkant, het montageframe, de röntgentafel en de tafelsteun.Op het eerste gezicht zien ze eruit als relatief eenvoudige onderdelen, sommige dunwandige behuizingsonderdelen en beugels, ze kunnen gemaakt zijn van gevormd plaatstaal.Het blijkt echter dat de strenge eisen van dit instrument (en de rover in het algemeen) overeenkomen met het aantal nabewerkingsstappen bij additive manufacturing (AM).
Toen ingenieurs van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) PIXL ontwierpen, hadden ze niet de bedoeling onderdelen geschikt te maken voor 3D-printen.In plaats daarvan houden ze zich aan een strikt ‘budget’, terwijl ze zich volledig concentreren op functionaliteit en het ontwikkelen van tools die deze taak kunnen volbrengen.Het toegewezen gewicht van PIXL is slechts 16 pond;Als dit budget wordt overschreden, zullen het apparaat of andere experimenten uit de rover "springen".
Hoewel de onderdelen er eenvoudig uitzien, moet bij het ontwerpen rekening worden gehouden met deze gewichtsbeperking.De röntgenwerkbank, het steunframe en het montageframe hebben allemaal een holle kokerbalkstructuur om te voorkomen dat er extra gewicht of materialen worden gedragen, en de wand van de schaalafdekking is dun en de omtrek omsluit het instrument nauwer.
De vijf 3D-geprinte onderdelen van PIXL zien eruit als eenvoudige beugel- en behuizingscomponenten, maar strikte batchbudgetten vereisen dat deze onderdelen zeer dunne wanden en holle kokerbalkstructuren hebben, waardoor het conventionele productieproces dat wordt gebruikt om ze te vervaardigen, wordt geëlimineerd.Bron afbeelding: Carpenter Additives
Om lichtgewicht en duurzame behuizingscomponenten te vervaardigen, wendde NASA zich tot Carpenter Additive, een leverancier van metaalpoeder- en 3D-printproductiediensten.Omdat er weinig ruimte is om het ontwerp van deze lichtgewicht onderdelen te veranderen of aan te passen, heeft Carpenter Additive gekozen voor elektronenbundelsmelten (EBM) als de beste productiemethode.Dit 3D-printproces van metaal kan holle kokerbalken, dunne wanden en andere kenmerken produceren die vereist zijn door het ontwerp van NASA.3D-printen is echter slechts de eerste stap in het productieproces.
Elektronenbundelsmelten is een poedersmeltproces waarbij elektronenbundels als energiebron worden gebruikt om metaalpoeders selectief samen te smelten.De hele machine wordt voorverwarmd, het printproces wordt uitgevoerd bij deze verhoogde temperaturen, de onderdelen worden in wezen met warmte behandeld wanneer de onderdelen worden bedrukt, en het omringende poeder wordt half gesinterd.
Vergeleken met soortgelijke directe metaallasersinterprocessen (DMLS), kan EBM ruwere oppervlakteafwerkingen en dikkere kenmerken produceren, maar de voordelen zijn ook dat het de behoefte aan ondersteunende structuren vermindert en de noodzaak van op laser gebaseerde processen vermijdt.Thermische spanningen die problematisch kunnen zijn.PIXL-onderdelen komen uit het EBM-proces, zijn iets groter van formaat, hebben ruwe oppervlakken en vangen poederachtige cakes op in de holle geometrie.
Elektronenbundelsmelten (EBM) kan complexe vormen van PIXL-onderdelen opleveren, maar om ze te voltooien moet een reeks nabewerkingsstappen worden uitgevoerd.Bron afbeelding: Carpenter Additives
Zoals hierboven vermeld, moet er een reeks nabewerkingsstappen worden uitgevoerd om de uiteindelijke grootte, oppervlakteafwerking en het gewicht van PIXL-componenten te bereiken.Er worden zowel mechanische als chemische methoden gebruikt om resterend poeder te verwijderen en het oppervlak glad te maken.De inspectie tussen elke processtap waarborgt de kwaliteit van het gehele proces.De uiteindelijke samenstelling is slechts 22 gram hoger dan het totale budget, wat nog steeds binnen het toegestane bereik ligt.
Voor meer gedetailleerde informatie over de manier waarop deze onderdelen worden vervaardigd (inclusief de schaalfactoren die betrokken zijn bij 3D-printen, het ontwerp van tijdelijke en permanente ondersteuningsstructuren en details over poederverwijdering), raadpleegt u deze casestudy en bekijkt u de nieuwste aflevering van The Cool Onderdelenshow Om te begrijpen waarom dit voor 3D-printen een ongebruikelijk productieverhaal is.
Bij met koolstofvezel versterkte kunststoffen (CFRP) is het materiaalverwijderingsmechanisme eerder verpletteren dan afschuiven.Dit maakt het anders dan andere verwerkingstoepassingen.
Door het gebruik van een speciale freesgeometrie en het toevoegen van een harde coating aan een glad oppervlak heeft Toolmex Corp. een vingerfrees gecreëerd die zeer geschikt is voor het actief snijden van aluminium.De tool heet "Mako" en maakt deel uit van de professionele SharC-toolserie van het bedrijf.
Posttijd: 27 februari 2021