Pięć elementów kluczowego instrumentu wytwarza się w procesie topienia wiązką elektronów, która może przepuszczać belki puste w środku i cienkie ściany.Ale druk 3D to tylko pierwszy krok.
Instrumentem użytym do renderowania artysty jest PIXL, rentgenowskie urządzenie petrochemiczne, które może analizować próbki skał na Marsie.Źródło tego zdjęcia i powyżej: NASA / JPL-Caltech
Kiedy 18 lutego łazik „Perseverance” wylądował na Marsie, będzie miał na pokładzie prawie dziesięć metalowych części wydrukowanych w 3D.Pięć z tych części znajdzie się w sprzęcie krytycznym dla misji łazika: X-ray Petrochemical Planetary Instrument (PIXL).PIXL, zainstalowany na końcu wspornika łazika, będzie analizował próbki skał i gleby na powierzchni Czerwonej Planety, aby pomóc ocenić potencjał życia tam.
Części drukowane w 3D firmy PIXL obejmują przednią i tylną pokrywę, ramę montażową, stół rentgenowski i wspornik stołu.Na pierwszy rzut oka wyglądają na stosunkowo proste części, niektóre cienkościenne części obudowy i wsporniki, mogą być wykonane z formowanej blachy.Okazuje się jednak, że rygorystyczne wymagania tego instrumentu (i ogólnie łazika) odpowiadają liczbie etapów przetwarzania końcowego w produkcji przyrostowej (AM).
Kiedy inżynierowie z Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA projektowali PIXL, nie zamierzali tworzyć części nadających się do druku 3D.Zamiast tego trzymają się ścisłego „budżetu”, w pełni koncentrując się na funkcjonalności i opracowując narzędzia, które mogą wykonać to zadanie.Przypisana waga PIXL to tylko 16 funtów;przekroczenie tego budżetu spowoduje, że urządzenie lub inne eksperymenty „wyskoczą” z łazika.
Chociaż części wyglądają na proste, podczas projektowania należy wziąć pod uwagę to ograniczenie masy.Stół rentgenowski, rama nośna i rama montażowa mają konstrukcję pustej belki skrzynkowej, aby uniknąć przenoszenia dodatkowego ciężaru lub materiałów, a ściana pokrywy skorupy jest cienka, a jej kontur lepiej otacza instrument.
Pięć wydrukowanych w 3D części firmy PIXL wygląda jak proste elementy wsporników i obudów, ale rygorystyczne budżety na partie wymagają, aby te części miały bardzo cienkie ścianki i konstrukcje z pustych belek skrzynkowych, co eliminuje konwencjonalny proces produkcyjny stosowany do ich produkcji.Źródło obrazu: Dodatki stolarskie
Aby wyprodukować lekkie i trwałe elementy obudowy, NASA zwróciła się do Carpenter Additive, dostawcy proszków metalowych i usług produkcyjnych w zakresie druku 3D.Ponieważ niewiele jest miejsca na zmianę lub modyfikację konstrukcji tych lekkich części, firma Carpenter Additive wybrała topienie wiązką elektronów (EBM) jako najlepszą metodę produkcji.Ten proces drukowania 3D w metalu umożliwia wytwarzanie pustych w środku belek skrzynkowych, cienkich ścian i innych elementów wymaganych w projekcie NASA.Druk 3D to jednak dopiero pierwszy krok w procesie produkcyjnym.
Topienie wiązką elektronów to proces topienia proszków, w którym wiązka elektronów jest źródłem energii do selektywnego stapiania proszków metali.Cała maszyna jest wstępnie podgrzewana, proces drukowania odbywa się w tych podwyższonych temperaturach, części są zasadniczo poddawane obróbce cieplnej podczas drukowania, a otaczający proszek jest częściowo spiekany.
W porównaniu z podobnymi procesami bezpośredniego spiekania laserowego metali (DMLS), EBM może wytwarzać bardziej chropowate wykończenia powierzchni i grubsze elementy, ale jego zaletą jest również to, że zmniejsza potrzebę stosowania konstrukcji wsporczych i pozwala uniknąć procesów opartych na laserze.Naprężenia termiczne, które mogą być problematyczne.Części PIXL powstają w procesie EBM, są nieco większe, mają chropowate powierzchnie i zatrzymują drobiny proszku w pustej geometrii.
Topienie wiązką elektronów (EBM) może zapewnić złożone formy części PIXL, ale aby je ukończyć, należy przeprowadzić szereg etapów przetwarzania końcowego.Źródło obrazu: Dodatki stolarskie
Jak wspomniano powyżej, aby uzyskać ostateczny rozmiar, wykończenie powierzchni i wagę komponentów PIXL, należy przeprowadzić szereg etapów obróbki końcowej.Do usunięcia resztek proszku i wygładzenia powierzchni stosuje się metody mechaniczne i chemiczne.Kontrola pomiędzy każdym etapem procesu zapewnia jakość całego procesu.Ostateczny skład jest tylko o 22 gramy wyższy od całkowitego budżetu, który wciąż mieści się w dopuszczalnym zakresie.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat sposobu wytwarzania tych części (w tym współczynników skali związanych z drukiem 3D, projektowania tymczasowych i stałych konstrukcji wsporczych oraz szczegółów dotyczących usuwania proszku), zapoznaj się z tym studium przypadku i obejrzyj najnowszy odcinek The Cool Pokaz części Aby zrozumieć, dlaczego w przypadku druku 3D jest to niezwykła historia produkcji.
W przypadku tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP) mechanizm usuwania materiału polega na zgniataniu, a nie ścinaniu.To odróżnia go od innych aplikacji do przetwarzania.
Dzięki zastosowaniu specjalnej geometrii frezu i dodaniu twardej powłoki do gładkiej powierzchni firma Toolmex Corp. stworzyła frez palcowy, który doskonale nadaje się do aktywnego skrawania aluminium.Narzędzie nosi nazwę „Mako” i należy do serii profesjonalnych narzędzi firmy SharC.
Czas publikacji: 27 lutego 2021 r