Это 3D

ОРНЛ

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

В целях развития аддитивного производства группа исследователей при участии НАСА напечатала на 3D-принтере колесо, идентичное конструкции, используемой космическим агентством для своего роботизированного лунохода. Этот процесс показывает, как эту технологию можно использовать для изготовления специализированных деталей, необходимых для освоения космоса.

Для команды Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США легкие колеса марсохода, исследующего летучие вещества в полярных исследованиях (VIPER), послужили вдохновением для их конструкции. НАСА надеется использовать мобильного робота в 2024 году для исследования льда и других возможных ресурсов вблизи южного полюса Луны.

Хотя колесо не найдет применения на самом марсоходе, характеристики напечатанного колеса будут оцениваться НАСА по сравнению с колесом традиционной конструкции, которое будет использоваться на Луне в следующем году.

Аддитивная печать, допуская усложнение конструкции и настройку характеристик материала, может снизить потребление энергии, отходы материала и время выполнения заказа.

Производственный демонстрационный центр (MDF), расположенный в ORNL, где колесо напечаталось на 3D-принтере, уже более десяти лет разрабатывает технологию для различных применений в промышленности, транспорте и экологически чистой энергетике.

Что касается производственного процесса, он включал синхронизированные лазеры, вращающуюся рабочую пластину и специальный 3D-принтер, которые использовались для точного плавления металлического порошка до желаемой формы. Стандартные системы с металлическим порошковым слоем работают следующим образом: они наносят слой порошка на неподвижную пластину в машине размером со шкаф. Затем слой выборочно плавится лазером, после чего пластина осторожно опускается и процедура повторяется.

По словам Питера Ванга, который курирует разработку MDF новых систем лазерного термоплавления в порошковом слое, принтер, используемый для прототипа колеса вездехода, достаточно велик, чтобы в него мог войти человек, и является исключительным по своей способности печатать крупные предметы, в то время как этапы происходят одновременно и постоянно. Ключевым моментом также было «программное обеспечение, разработанное в ORNL, позволяющее «разрезать» конструкцию колеса на вертикальные слои, а затем сбалансировать рабочую нагрузку между двумя лазерами для равномерной печати, достигая высокой производительности», — говорится в заявлении ORNL.

Команда утверждает, что этот процесс увеличил производительность, помогая осаждению происходить на 50 процентов быстрее. «Мы лишь поверхностно коснемся того, на что способна система. Я действительно думаю, что это будет будущее лазерной порошковой печати, особенно в больших масштабах и при массовом производстве», — сказал Ван.

Исследование их работы с аддитивным производством было опубликовано в журнале Mary Ann Liebert.

Размеры напечатанного на 3D-принтере колеса составляли около 8 дюймов в ширину и 20 дюймов в окружности, и оно было изготовлено из сплава на основе никеля. По словам команды, использованная технология аддитивной печати продемонстрировала способность печатать мелкие геометрические детали на большой рабочей площади, что позволяет создавать сложную конструкцию обода без увеличения затрат или усложнения производства.

Четыре колеса VIPER планируется использовать в следующем году; напротив, им потребовалось несколько производственных процедур и этапов сборки. Обод колеса VIPER, состоящий из 50 частей, соединен заклепками в 360 точках. Высокие требования миссии потребовали трудоемкой и сложной производственной процедуры.

Напротив, будущие марсоходы могут вместо этого использовать один напечатанный обод колеса, на создание которого ORNL потребовалось всего 40 часов, если испытания НАСА продемонстрируют, что напечатанный на 3D-принтере прототип так же долговечен, как колеса традиционной конструкции.

Исследователи заявили, что процесс аддитивного производства позволил экспертам ORNL и НАСА изучить возможность печати точных элементов конструкции, в том числе наклонных боковин, куполообразной формы и волнистого протектора, чтобы повысить жесткость колеса. Используя традиционные технологии производства, невозможно включить эти характеристики в нынешнюю конструкцию колеса VIPER. Несмотря на то, что 3D-печать позволила создать колесо с более сложным рисунком спиц и возможностью фиксации спиц, конструкция колеса стала проще, дешевле и проще в сборке.