Die fünf Komponenten des Schlüsselinstruments werden durch Elektronenstrahlschmelzen hergestellt, das Hohlkastenbalken und dünne Wände übertragen kann.Aber der 3D-Druck ist nur der erste Schritt.
Das in der Darstellung des Künstlers verwendete Instrument ist PIXL, ein petrochemisches Röntgengerät, das Gesteinsproben auf dem Mars analysieren kann.Quelle dieses Bildes und oben: NASA / JPL-Caltech
Als der Rover „Perseverance“ am 18. Februar auf dem Mars landete, wird er fast zehn 3D-gedruckte Metallteile tragen.Fünf dieser Teile befinden sich in Ausrüstung, die für die Rover-Mission entscheidend ist: das X-ray Petrochemical Planetary Instrument oder PIXL.PIXL, das am Ende des Auslegers des Rovers installiert ist, wird Gesteins- und Bodenproben auf der Oberfläche des Roten Planeten analysieren, um dabei zu helfen, das Lebenspotenzial dort einzuschätzen.
Zu den 3D-gedruckten Teilen von PIXL gehören die vordere und hintere Abdeckung, der Montagerahmen, der Röntgentisch und die Tischhalterung.Sie sehen auf den ersten Blick aus wie relativ einfache Teile, teils dünnwandige Gehäuseteile und Halterungen, sie können aus umgeformtem Blech bestehen.Es stellt sich jedoch heraus, dass die strengen Anforderungen dieses Instruments (und des Rovers im Allgemeinen) der Anzahl der Nachbearbeitungsschritte in der additiven Fertigung (AM) entsprechen.
Als Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA PIXL entwarfen, hatten sie nicht vor, Teile herzustellen, die für den 3D-Druck geeignet sind.Stattdessen halten sie sich an ein strenges "Budget", während sie sich voll und ganz auf die Funktionalität konzentrieren und Tools entwickeln, die diese Aufgabe erfüllen können.Das zugewiesene Gewicht von PIXL beträgt nur 16 Pfund;eine Überschreitung dieses Budgets führt dazu, dass das Gerät oder andere Experimente vom Rover „springen“.
Obwohl die Teile einfach aussehen, sollte diese Gewichtsbeschränkung bei der Konstruktion berücksichtigt werden.Die Röntgenwerkbank, der Stützrahmen und der Montagerahmen nehmen alle eine hohle Kastenbalkenstruktur an, um das Tragen von zusätzlichem Gewicht oder Materialien zu vermeiden, und die Wand der Schalenabdeckung ist dünn und der Umriss umschließt das Instrument enger.
Die fünf 3D-gedruckten Teile von PIXL sehen aus wie einfache Halterungs- und Gehäusekomponenten, aber strenge Chargenbudgets erfordern, dass diese Teile sehr dünne Wände und hohle Kastenbalkenstrukturen haben, wodurch der herkömmliche Herstellungsprozess, der zu ihrer Herstellung verwendet wird, eliminiert wird.Bildquelle: Carpenter Additives
Um leichte und langlebige Gehäusekomponenten herzustellen, wandte sich die NASA an Carpenter Additive, einen Anbieter von Metallpulver- und 3D-Druck-Produktionsdiensten.Da es wenig Spielraum gibt, das Design dieser leichten Teile zu ändern oder zu modifizieren, wählte Carpenter Additive das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) als beste Herstellungsmethode.Dieses Metall-3D-Druckverfahren kann Hohlkastenträger, dünne Wände und andere Merkmale herstellen, die für das Design der NASA erforderlich sind.Der 3D-Druck ist jedoch nur der erste Schritt im Produktionsprozess.
Elektronenstrahlschmelzen ist ein Pulverschmelzverfahren, das Elektronenstrahlen als Energiequelle verwendet, um Metallpulver selektiv miteinander zu verschmelzen.Die gesamte Maschine wird vorgeheizt, der Druckprozess wird bei diesen erhöhten Temperaturen durchgeführt, die Teile werden beim Drucken im Wesentlichen wärmebehandelt und das umgebende Pulver wird halbgesintert.
Im Vergleich zu ähnlichen Prozessen des direkten Metall-Lasersinterns (DMLS) kann EBM rauere Oberflächenbeschaffenheiten und dickere Merkmale erzeugen, aber seine Vorteile bestehen auch darin, dass es den Bedarf an Stützstrukturen reduziert und die Notwendigkeit laserbasierter Prozesse vermeidet.Thermische Spannungen, die problematisch sein können.PIXL-Teile stammen aus dem EBM-Prozess, sind etwas größer, haben raue Oberflächen und fangen Pulverkuchen in der Hohlgeometrie ein.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM) kann komplexe Formen von PIXL-Teilen liefern, aber um sie fertigzustellen, muss eine Reihe von Nachbearbeitungsschritten durchgeführt werden.Bildquelle: Carpenter Additives
Wie oben erwähnt, müssen eine Reihe von Nachbearbeitungsschritten durchgeführt werden, um die endgültige Größe, Oberflächenbeschaffenheit und das endgültige Gewicht von PIXL-Komponenten zu erreichen.Sowohl mechanische als auch chemische Verfahren werden verwendet, um Restpulver zu entfernen und die Oberfläche zu glätten.Die Inspektion zwischen jedem Prozessschritt sichert die Qualität des gesamten Prozesses.Die endgültige Zusammensetzung ist nur 22 Gramm höher als das Gesamtbudget, das immer noch im zulässigen Bereich liegt.
Ausführlichere Informationen zur Herstellung dieser Teile (einschließlich der beim 3D-Druck beteiligten Skalierungsfaktoren, des Entwurfs temporärer und permanenter Stützstrukturen und Einzelheiten zur Pulverentfernung) finden Sie in dieser Fallstudie und in der neuesten Folge von The Cool Parts Show Um zu verstehen, warum dies für den 3D-Druck eine ungewöhnliche Produktionsgeschichte ist.
Bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ist der Materialabtragsmechanismus eher ein Quetschen als ein Scheren.Dies unterscheidet es von anderen Verarbeitungsanwendungen.
Durch die Verwendung einer speziellen Fräsergeometrie und das Hinzufügen einer harten Beschichtung zu einer glatten Oberfläche hat Toolmex Corp. einen Schaftfräser geschaffen, der sich sehr gut für das aktive Schneiden von Aluminium eignet.Das Tool heißt „Mako“ und ist Teil der professionellen SharC-Tool-Serie des Unternehmens.
Postzeit: 27. Februar 2021