I cinque componenti dello strumento chiave sono costituiti dalla fusione del fascio di elettroni, che può trasmettere fasci di scatole cave e pareti sottili.Ma la stampa 3D è solo il primo passo.
Lo strumento utilizzato nel rendering dell'artista è PIXL, un dispositivo petrolchimico a raggi X in grado di analizzare campioni di roccia su Marte.Fonte di questa immagine e sopra: NASA / JPL-Caltech
Il 18 febbraio, quando il rover "Perseverance" è atterrato su Marte, trasporterà quasi dieci parti metalliche stampate in 3D.Cinque di queste parti si troveranno in apparecchiature fondamentali per la missione del rover: lo strumento planetario petrolchimico a raggi X o PIXL.PIXL, installato all'estremità del cantilever del rover, analizzerà campioni di roccia e suolo sulla superficie del Pianeta Rosso per aiutare a valutare il potenziale di vita lì.
Le parti stampate in 3D di PIXL includono la copertina anteriore e posteriore, il telaio di montaggio, il tavolo a raggi X e il supporto del tavolo.A prima vista, sembrano parti relativamente semplici, alcune parti di alloggiamento e staffe a pareti sottili, possono essere realizzate in lamiera formata.Tuttavia, si scopre che i severi requisiti di questo strumento (e del rover in generale) corrispondono al numero di fasi di post-elaborazione nella produzione additiva (AM).
Quando gli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA hanno progettato PIXL, non hanno deciso di realizzare parti adatte alla stampa 3D.Al contrario, aderiscono a un "budget" rigoroso, concentrandosi completamente sulla funzionalità e sviluppando strumenti in grado di svolgere questo compito.Il peso assegnato di PIXL è di soli 16 libbre;il superamento di questo budget farà "saltare" il dispositivo o altri esperimenti dal rover.
Sebbene le parti sembrino semplici, questa limitazione di peso dovrebbe essere presa in considerazione durante la progettazione.Il banco da lavoro a raggi X, il telaio di supporto e il telaio di montaggio adottano tutti una struttura a trave a scatola cava per evitare di sopportare pesi o materiali aggiuntivi, e la parete del coperchio del guscio è sottile e il contorno racchiude lo strumento più da vicino.
Le cinque parti stampate in 3D di PIXL sembrano semplici staffe e componenti dell'alloggiamento, ma i rigorosi budget dei lotti richiedono che queste parti abbiano pareti molto sottili e strutture a trave a scatola cava, il che elimina il processo di produzione convenzionale utilizzato per produrle.Fonte immagine: Additivi Carpenter
Per produrre componenti per alloggi leggeri e durevoli, la NASA si è rivolta a Carpenter Additive, un fornitore di polvere di metallo e servizi di produzione di stampa 3D.Poiché c'è poco spazio per cambiare o modificare il design di queste parti leggere, Carpenter Additive ha scelto la fusione con fascio di elettroni (EBM) come miglior metodo di produzione.Questo processo di stampa 3D in metallo può produrre travi a scatola cava, pareti sottili e altre caratteristiche richieste dal design della NASA.Tuttavia, la stampa 3D è solo il primo passo nel processo di produzione.
La fusione del fascio di elettroni è un processo di fusione delle polveri che utilizza il fascio di elettroni come fonte di energia per fondere selettivamente insieme le polveri metalliche.L'intera macchina viene preriscaldata, il processo di stampa viene eseguito a queste temperature elevate, le parti vengono essenzialmente trattate termicamente quando le parti vengono stampate e la polvere circostante viene semi-sinterizzata.
Rispetto a processi simili di sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), EBM può produrre finiture superficiali più ruvide e caratteristiche più spesse, ma i suoi vantaggi sono anche che riduce la necessità di strutture di supporto ed evita la necessità di processi basati sul laser.Sollecitazioni termiche che possono essere problematiche.Le parti PIXL escono dal processo EBM, sono di dimensioni leggermente maggiori, hanno superfici ruvide e intrappolano le torte polverose nella geometria cava.
La fusione a fascio di elettroni (EBM) può fornire forme complesse di parti PIXL, ma per completarle è necessario eseguire una serie di fasi di post-elaborazione.Fonte immagine: Additivi Carpenter
Come accennato in precedenza, per ottenere la dimensione finale, la finitura superficiale e il peso dei componenti PIXL, è necessario eseguire una serie di fasi di post-elaborazione.Sia i metodi meccanici che quelli chimici vengono utilizzati per rimuovere la polvere residua e levigare la superficie.L'ispezione tra ogni fase del processo garantisce la qualità dell'intero processo.La composizione finale è solo 22 grammi in più rispetto al budget totale, che è ancora entro l'intervallo consentito.
Per informazioni più dettagliate su come vengono prodotte queste parti (compresi i fattori di scala coinvolti nella stampa 3D, la progettazione di strutture di supporto temporanee e permanenti e dettagli sulla rimozione della polvere), fare riferimento a questo case study e guardare l'ultimo episodio di The Cool Parts Show Per capire perché, per la stampa 3D, questa è una storia di produzione insolita.
Nella plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP), il meccanismo di rimozione del materiale è la frantumazione anziché il taglio.Questo lo rende diverso da altre applicazioni di elaborazione.
Utilizzando una speciale geometria della fresa e aggiungendo un rivestimento duro a una superficie liscia, Toolmex Corp. ha creato una fresa a candela molto adatta per il taglio attivo dell'alluminio.Lo strumento si chiama "Mako" e fa parte della serie di strumenti professionali SharC dell'azienda.
Tempo di pubblicazione: 27-feb-2021