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3D打印技术在航天领域的运用

发布日期:2017-11-22

  

2014年9月底,NASA预计将完成首台成像望远镜,所有元件基本全部通过3D打印技术制造。NASA也因此成为首家尝试使用3D打印技术制造整台仪器的单位。

这款太空望远镜功能齐全,其50.8毫米的摄像头使其能够放进立方体卫星(CubeSat,一款微型卫星)当中。据了解,这款太空望远镜的外管、外挡板及光学镜架全部作为单独的结构直接打印而成,只有镜面和镜头尚未实现。该仪器将于2015年开展震动和热真空测试。

这款长50.8毫米的望远镜将全部由铝和钛制成,而且只需通过3D打印技术制造4个零件即可,相比而言,传统制造方法所需的零件数是3D打印的5-10倍。此外,在3D打印的望远镜中,可将用来减少望远镜中杂散光的仪器挡板做成带有角度的样式,这是传统制作方法在一个零件中所无法实现的。

2014年8月31日,美国宇航局的工程师们刚刚完成了3D打印火箭喷射器的测试,本项研究在于提高火箭发动机某个组件的性能,由于喷射器内液态氧和气态氢一起混合反应,这里的燃烧温度可达到6000华氏度,大约为3315摄氏度,可产生2万磅的推力,约为9吨左右,验证了3D打印技术在火箭发动机制造上的可行性。本项测试工作位于阿拉巴马亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心,这里拥有较为完善的火箭发动机测试条件,工程师可验证3D打印部件在点火环境中的性能。

制造火箭发动机的喷射器需要精度较高的加工技术,如果使用3D打印技术,就可以降低制造上的复杂程度,在计算机中建立喷射器的三维图像,打印的材料为金属粉末和激光,在较高的温度下,金属粉末可被重新塑造成我们需要的样子。火箭发动机中的喷射器内有数十个喷射元件,要建造大小相似的元件需要一定的加工精度,该技术测试成功后将用于制造RS-25发动机,其作为美国宇航局未来太空发射系统的主要动力,该火箭可运载宇航员超越近地轨道,进入更遥远的深空。马歇尔中心的工程部主任克里斯认为3D打印技术在火箭发动机喷油器上应用只是第一步,我们的目的在于测试3D打印部件如何能彻底改变火箭的设计与制造,并提高系统的性能,更重要的是可以节省时间和成本,不太容易出现故障。本次测试中,两具火箭喷射器进行了点火,每次5秒,设计人员创建的复杂几何流体模型允许氧气和氢气充分混合,压力为每平方英寸1400磅。

2014年10月11日,英国一个发烧友团队用3D打印技术制出了一枚火箭,他们还准备让这个世界上第一个打印出来的火箭升空。该团队于当地时间在伦敦的办公室向媒体介绍这个世界第一架用3D打印技术制造出的火箭。团队队长海恩斯说,有了3D打印技术,要制造出高度复杂的形状并不困难。就算要修改设计原型,只要在计算机辅助设计的软件上做出修改,打印机将会做出相对的调整。这比之前的传统制造方式方便许多。既然美国宇航局已经在使用3D打印技术制造火箭的零件,3D打印技术的前景是十分光明的。

据介绍,这个名为“低轨道氦辅助导航”的工程项目由一家德国数据分析公司赞助。打印出的这枚火箭重3公斤,高度相当于一般成年人身高,是该团队用4年时间、花了6000英镑制造出来的。等一笔1.5万英镑的资助确定之后,他们将于今年底在新墨西哥州的美国航天港发射该火箭。一个装满氦的巨型气球将把火箭提升到20000米高空,装置在火箭里的全球定位系统将启动火箭引擎,火箭喷射速度将达到每小时1610公里。之后,火箭上的自动驾驶系统将引导火箭回返地球,而里头的摄像机将把整个过程拍摄下来。

美国国家航空航天局(NASA)官网2015年4月21日报道,NASA工程人员正通过利用增材制造技术制造首个全尺寸铜合金火箭发动机零件以节约成本,NASA空间技术任务部负责人表示,这是航空航天领域3D打印技术应用的新里程碑。

2015年6月22日报道,国营企业俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机,重3.8公斤,翼展2.4米,飞行时速可达90至100公里,续航能力1至1.5小时。

公司发言人弗拉基米尔·库塔霍夫介绍,公司用两个半月实现了从概念到原型机的飞跃,实际生产耗时仅为31小时,制造成本不到20万卢布(约合3700美元)。

2016年4月19日,中科院重庆绿色智能技术研究院3D打印技术研究中心

对外宣布,经过该院和中科院空间应用中心两年多的努力,并在法国波尔多完成抛物线失重飞行试验,国内首台空间在轨3D打印机宣告研制成功。这台3D打印机可打印最大零部件尺寸达200×130mm,它可以帮助宇航员在失重环境下自制所需的零件,大幅提高空间站实验的灵活性,减少空间站备品备件的种类与数量和运营成本,降低空间站对地面补给的依赖性。