De fem komponentene til nøkkelinstrumentet er laget av elektronstrålesmelting, som kan overføre hule boksbjelker og tynne vegger.Men 3D-printing er bare det første trinnet.
Instrumentet som brukes i kunstnerens gjengivelse er PIXL, et petrokjemisk røntgenapparat som kan analysere steinprøver på Mars.Kilde til dette bildet og over: NASA / JPL-Caltech
18. februar, da «Perseverance»-roveren landet på Mars, vil den bære nesten ti 3D-printede metalldeler.Fem av disse delene vil bli funnet i utstyr som er kritisk for roveroppdraget: X-ray Petrochemical Planetary Instrument eller PIXL.PIXL, installert på enden av utkragingen til roveren, vil analysere stein- og jordprøver på overflaten av den røde planeten for å hjelpe med å vurdere livspotensialet der.
PIXLs 3D-printede deler inkluderer frontdeksel og bakdeksel, monteringsramme, røntgenbord og bordstøtte.Ved første øyekast ser de ut som relativt enkle deler, noen tynnveggede husdeler og braketter, de kan være laget av formet metallplate.Det viser seg imidlertid at de strenge kravene til dette instrumentet (og roveren generelt) samsvarer med antall etterbehandlingstrinn i additiv produksjon (AM).
Da ingeniører ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) designet PIXL, satte de seg ikke for å lage deler egnet for 3D-utskrift.I stedet holder de seg til et strengt «budsjett» mens de fokuserer fullt ut på funksjonalitet og utvikler verktøy som kan utføre denne oppgaven.Den tildelte vekten til PIXL er bare 16 pounds;overskridelse av dette budsjettet vil føre til at enheten eller andre eksperimenter "hopper" fra roveren.
Selv om delene ser enkle ut, bør denne vektbegrensningen tas i betraktning når du designer.Røntgenarbeidsbenken, støtterammen og monteringsrammen har alle en hul boksbjelkestruktur for å unngå å bære ekstra vekt eller materialer, og veggen til skalldekselet er tynn og omrisset omslutter instrumentet tettere.
PIXLs fem 3D-printede deler ser ut som enkle brakett- og huskomponenter, men strenge batchbudsjetter krever at disse delene har svært tynne vegger og hule boksbjelkestrukturer, noe som eliminerer den konvensjonelle produksjonsprosessen som brukes til å produsere dem.Bildekilde: Carpenter Additives
For å produsere lette og holdbare huskomponenter, henvendte NASA seg til Carpenter Additive, en leverandør av produksjonstjenester for metallpulver og 3D-utskrift.Siden det er lite rom for å endre eller modifisere utformingen av disse lette delene, valgte Carpenter Additive elektronstrålesmelting (EBM) som den beste produksjonsmetoden.Denne metall 3D-utskriftsprosessen kan produsere hule boksbjelker, tynne vegger og andre funksjoner som kreves av NASAs design.3D-printing er imidlertid bare det første trinnet i produksjonsprosessen.
Elektronstrålesmelting er en pulversmelteprosess som bruker elektronstråle som energikilde for selektivt å smelte sammen metallpulver.Hele maskinen er forvarmet, utskriftsprosessen utføres ved disse høye temperaturene, delene varmebehandles i hovedsak når delene skrives ut, og det omkringliggende pulveret er halvsintret.
Sammenlignet med lignende direkte metalllasersintringsprosesser (DMLS), kan EBM produsere grovere overflatefinisher og tykkere egenskaper, men fordelene er også at det reduserer behovet for støttestrukturer og unngår behovet for laserbaserte prosesser.Termiske påkjenninger som kan være problematiske.PIXL-deler kommer ut av EBM-prosessen, er litt større i størrelse, har grove overflater og fanger pulveraktige kaker i den hule geometrien.
Elektronstrålesmelting (EBM) kan gi komplekse former for PIXL-deler, men for å fullføre dem må en rekke etterbehandlingstrinn utføres.Bildekilde: Carpenter Additives
Som nevnt ovenfor, for å oppnå den endelige størrelsen, overflatefinishen og vekten til PIXL-komponenter, må en rekke etterbehandlingstrinn utføres.Både mekaniske og kjemiske metoder brukes for å fjerne pulverrester og glatte overflaten.Inspeksjonen mellom hvert prosesstrinn sikrer kvaliteten på hele prosessen.Den endelige sammensetningen er bare 22 gram høyere enn totalbudsjettet, som fortsatt er innenfor det tillatte området.
For mer detaljert informasjon om hvordan disse delene produseres (inkludert skaleringsfaktorene involvert i 3D-utskrift, utformingen av midlertidige og permanente støttestrukturer og detaljer om fjerning av pulver), vennligst se denne casestudien og se siste episode av The Cool Parts Show For å forstå hvorfor, for 3D-utskrift, er dette en uvanlig produksjonshistorie.
I karbonfiberforsterket plast (CFRP) knuser materialfjerningsmekanismen i stedet for å skjæres.Dette gjør det forskjellig fra andre behandlingsapplikasjoner.
Ved å bruke en spesiell fresgeometri og legge et hardt belegg på en glatt overflate, har Toolmex Corp. skapt en endefres som er svært egnet for aktiv skjæring av aluminium.Verktøyet heter «Mako» og er en del av selskapets SharC profesjonelle verktøyserie.
Innleggstid: 27. februar 2021