3D打印的應(yīng)用于航天科技

時(shí)間：2022-06-20作者：長(zhǎng)春市東師青鳥科技有限公司瀏覽：1019

2014年9月底，NASA預(yù)計(jì)將完成首臺(tái)成像望遠(yuǎn)鏡，所有元件基本全部通過3D打印技術(shù)制造。NASA也因此成為一家嘗試使用3D打印技術(shù)制造整臺(tái)儀器的單位。
這款太空望遠(yuǎn)鏡功能齊全，其50.8毫米的攝像頭使其能夠放進(jìn)立方體衛(wèi)星（CubeSat，一款微型衛(wèi)星）當(dāng)中。據(jù)了解，這款太空望遠(yuǎn)鏡的外管、外擋板及光學(xué)鏡架全部作為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)直接打印而成，只有鏡面和鏡頭尚未實(shí)現(xiàn)。該儀器將于2015年開展震動(dòng)和熱真空測(cè)試。
這款長(zhǎng)50.8毫米的望遠(yuǎn)鏡將全部由鋁和鈦制成，而且只需通過3D打印技術(shù)制造4個(gè)零件即可，相比而言，傳統(tǒng)制造方法所需的零件數(shù)是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望遠(yuǎn)鏡中，可將用來(lái)減少望遠(yuǎn)鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式，這是傳統(tǒng)制作方法在一個(gè)零件中所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

2014年8月31日，美國(guó)宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測(cè)試，本項(xiàng)研究在于提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)某個(gè)組件的性能，由于噴射器內(nèi)液態(tài)氧和氣態(tài)氫一起混合反應(yīng)，這里的燃燒溫度可達(dá)到6000華氏度，大約為3315攝氏度，可產(chǎn)生2萬(wàn)磅的推力，約為9噸左右，驗(yàn)證了3D打印技術(shù)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的可行性。本項(xiàng)測(cè)試工作位于阿拉巴馬亨茨維爾的美國(guó)宇航局馬歇爾太空飛行中心，這里擁有較為完善的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試條件，工程師可驗(yàn)證3D打印部件在點(diǎn)火環(huán)境中的性能。
制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器需要精度較高的加工技術(shù)，如果使用3D打印技術(shù)，就可以降低制造上的復(fù)雜程度，在計(jì)算機(jī)中建立噴射器的三維圖像，打印的材料為金屬粉末和激光，在較高的溫度下，金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器內(nèi)有數(shù)十個(gè)噴射元件，要建造大小相似的元件需要一定的加工精度，該技術(shù)測(cè)試成功后將用于制造RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)，其作為美國(guó)宇航局未來(lái)太空**系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿?，該火箭可運(yùn)載宇航員追趕近地軌道，進(jìn)入較遙遠(yuǎn)的深空。馬歇爾中心的工程部主任克里斯認(rèn)為3D打印技術(shù)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器上應(yīng)用只是第一步，我們的目的在于測(cè)試3D打印部件如何能徹底改變火箭的設(shè)計(jì)與制造，并提高系統(tǒng)的性能，較重要的是可以節(jié)省時(shí)間和成本，不太容易出現(xiàn)故障。本次測(cè)試中，兩具火箭噴射器進(jìn)行了點(diǎn)火，每次5秒，設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建的復(fù)雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合，壓力為每平方英寸1400磅。
2014年10月11日，英國(guó)一個(gè)發(fā)燒友團(tuán)隊(duì)用3D打印技術(shù)制出了一枚火箭，他們還準(zhǔn)備讓這個(gè)世界上**個(gè)打印出來(lái)的火箭升空。該團(tuán)隊(duì)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個(gè)世界**架用3D打印技術(shù)制造出的火箭。團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)海恩斯說(shuō)，有了3D打印技術(shù)，要制造出高度復(fù)雜的形狀并不困難。就算要修改設(shè)計(jì)原型，只要在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件上做出修改，打印機(jī)將會(huì)做出相對(duì)的調(diào)整。這比之前的傳統(tǒng)制造方式方便許多。既然美國(guó)宇航局已經(jīng)在使用3D打印技術(shù)制造火箭的零件，3D打印技術(shù)的前景是十分光明的。
據(jù)介紹，這個(gè)名為“低軌道氦輔助導(dǎo)航”的工程項(xiàng)目由一家德國(guó)數(shù)據(jù)分析公司贊助。打印出的這枚火箭重3公斤，高度相當(dāng)于一般成年人身高，是該團(tuán)隊(duì)用4年時(shí)間、花了6000英鎊制造出來(lái)的。等一筆1.5萬(wàn)英鎊的資助確定之后，他們將于今年底在新墨西哥州的美國(guó)航天港**該火箭。一個(gè)裝滿氦的巨型氣球?qū)鸦鸺嵘?0000米高空，裝置在火箭里的**定位系統(tǒng)將啟動(dòng)火箭引擎，火箭噴射速度將達(dá)到每小時(shí)1610公里。之后，火箭上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將引導(dǎo)火箭回返地球，而里頭的攝像機(jī)將把整個(gè)過程拍攝下來(lái)。
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）官網(wǎng)2015年4月21日?qǐng)?bào)道，NASA工程人員正通過利用增材制造技術(shù)制造一個(gè)全尺寸銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件以節(jié)約成本，NASA空間技術(shù)任務(wù)部負(fù)責(zé)人表示，這是航空航天領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用的新里程碑。
2015年6月22日?qǐng)?bào)道，國(guó)營(yíng)企業(yè)俄羅斯技術(shù)集團(tuán)公司以3D打印技術(shù)制造出一架無(wú)人機(jī)樣機(jī)，重3.8公斤，翼展2.4米，飛行時(shí)速可達(dá)90至100公里，續(xù)航能力1至1.5小時(shí)。
公司發(fā)言人弗拉基米爾·庫(kù)塔霍夫介紹，公司用兩個(gè)半月實(shí)現(xiàn)了從概念到原型機(jī)的飛躍，實(shí)際生產(chǎn)耗時(shí)僅為31小時(shí)，制造成本不到20萬(wàn)盧布（約合3700美元）。
3D打印
2016年4月19日，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院3D打印技術(shù)研究中心 對(duì)外宣布，經(jīng)過該院和中科院空間應(yīng)用中心兩年多的努力，并在法國(guó)波爾多完成拋物線失重飛行試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)首臺(tái)空間在軌3D打印機(jī)宣告研制成功。這臺(tái)3D打印機(jī)可打印較大零部件尺寸達(dá)200×130mm，它可以幫助宇航員在失重環(huán)境下自制所需的零件，大幅提高空間站實(shí)驗(yàn)的靈活性，減少空間站備品備件的種類與數(shù)量和運(yùn)營(yíng)成本，降低空間站對(duì)地面補(bǔ)給的依賴性。
2021年8月13日，中國(guó)航天科技集團(tuán)六院增材制造創(chuàng)新中心突破了航天液體動(dòng)力領(lǐng)域3D打印全流程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了230余種復(fù)雜精密構(gòu)件3D打印成型

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