Пять компонентов ключевого инструмента изготовлены методом электронно-лучевой плавки, которая позволяет передавать полые коробчатые балки и тонкие стенки.Но 3D-печать — это только первый шаг.
Инструмент, используемый художником при визуализации, — это PIXL, рентгеновское нефтехимическое устройство, которое может анализировать образцы горных пород на Марсе.Источник этого изображения и выше: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
18 февраля, когда марсоход «Персеверанс» приземлится на Марс, он будет нести около десяти металлических 3D-напечатанных деталей.Пять из этих деталей можно найти в оборудовании, критически важном для миссии марсохода: рентгеновском нефтехимическом планетарном приборе или PIXL.PIXL, установленный на конце консоли марсохода, будет анализировать образцы горных пород и почвы на поверхности Красной планеты, чтобы помочь оценить потенциал жизни там.
Детали PIXL, напечатанные на 3D-принтере, включают переднюю и заднюю крышки, монтажную раму, рентгеновский стол и опору стола.На первый взгляд они выглядят как сравнительно простые детали, некоторые тонкостенные детали корпуса и кронштейны, могут быть изготовлены из штампованного листового металла.Однако оказывается, что строгие требования к этому инструменту (и к марсоходу в целом) соответствуют количеству этапов постобработки в аддитивном производстве (АП).
Когда инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) проектировали PIXL, они не ставили перед собой задачу создавать детали, пригодные для 3D-печати.Вместо этого они придерживаются строгого «бюджета», полностью сосредотачиваясь на функциональности и разработке инструментов, способных выполнить эту задачу.Заданный вес PIXL составляет всего 16 фунтов;превышение этого бюджета приведет к тому, что устройство или другие эксперименты «выпрыгнут» из марсохода.
Хотя детали выглядят простыми, при проектировании следует учитывать это ограничение по весу.Рентгеновский верстак, опорная рама и монтажная рама имеют конструкцию полой коробчатой балки, чтобы избежать дополнительного веса или материалов, а стенки кожуха тонкие, а контур более плотно охватывает инструмент.
Пять напечатанных на 3D-принтере деталей PIXL выглядят как простые компоненты кронштейна и корпуса, но строгий бюджет партии требует, чтобы эти детали имели очень тонкие стенки и полые коробчатые балочные конструкции, что исключает традиционный производственный процесс, используемый для их изготовления.Источник изображения: Carpenter Additives
Чтобы изготовить легкие и прочные компоненты корпуса, НАСА обратилось к Carpenter Additive, поставщику металлического порошка и услуг по 3D-печати.Поскольку возможностей для изменения или модификации конструкции этих легких деталей мало, компания Carpenter Additive выбрала электронно-лучевую плавку (EBM) как лучший метод производства.Этот процесс 3D-печати металлом позволяет создавать полые коробчатые балки, тонкие стенки и другие элементы, необходимые для проекта НАСА.Однако 3D-печать — это только первый шаг в производственном процессе.
Электронно-лучевая плавка — это процесс плавления порошков, в котором электронный луч используется в качестве источника энергии для избирательного сплавления металлических порошков вместе.Вся машина предварительно нагревается, процесс печати осуществляется при этих повышенных температурах, при печати детали подвергаются, по существу, термической обработке, а окружающий порошок полуспекается.
По сравнению с аналогичными процессами прямого лазерного спекания металлов (DMLS), EBM может обеспечить более грубую поверхность и более толстые элементы, но его преимущества также заключаются в том, что он снижает потребность в опорных конструкциях и позволяет избежать необходимости в лазерных процессах.Термические напряжения, которые могут быть проблематичными.Детали PIXL выходят из процесса EBM, имеют немного больший размер, имеют шероховатую поверхность и улавливают порошкообразные осадки в полой геометрии.
Электронно-лучевая плавка (EBM) позволяет получить детали PIXL сложной формы, но для их завершения необходимо выполнить ряд этапов постобработки.Источник изображения: Carpenter Additives
Как упоминалось выше, для достижения окончательного размера, качества поверхности и веса компонентов PIXL необходимо выполнить ряд этапов постобработки.Для удаления остатков порошка и выравнивания поверхности используются как механические, так и химические методы.Проверка между каждым этапом процесса обеспечивает качество всего процесса.Итоговый состав всего на 22 грамма превышает общий бюджет, что все равно находится в пределах допустимого.
Для получения более подробной информации о том, как производятся эти детали (включая масштабные коэффициенты, используемые при 3D-печати, проектирование временных и постоянных опорных конструкций, а также подробную информацию об удалении порошка), обратитесь к этому тематическому исследованию и посмотрите последний выпуск The Cool. Демонстрация деталей Чтобы понять, почему для 3D-печати это необычная производственная история.
В пластиках, армированных углеродным волокном (CFRP), механизм удаления материала заключается в дроблении, а не в сдвиге.Это отличает его от других приложений обработки.
Используя специальную геометрию фрезы и нанося твердое покрытие на гладкую поверхность, компания Toolmex Corp. создала концевую фрезу, которая очень подходит для активной резки алюминия.Инструмент называется «Мако» и входит в серию профессиональных инструментов компании SharC.
Время публикации: 27 февраля 2021 г.