De vijf componenten van het belangrijkste instrument zijn gemaakt door elektronenbundelsmelten, die holle kokerbundels en dunne wanden kan doorlaten.Maar 3D-printen is slechts de eerste stap.
Het instrument dat bij de weergave van de kunstenaar wordt gebruikt, is PIXL, een petrochemisch röntgenapparaat dat rotsmonsters op Mars kan analyseren.Bron van deze afbeelding en hoger: NASA / JPL-Caltech
Op 18 februari, toen de rover "Perseverance" op Mars landde, zal hij bijna tien metalen 3D-geprinte onderdelen vervoeren.Vijf van deze onderdelen zijn te vinden in apparatuur die cruciaal is voor de missie van de rover: het X-ray Petrochemical Planetary Instrument of PIXL.PIXL, geïnstalleerd aan het einde van de cantilever van de rover, zal rots- en grondmonsters op het oppervlak van de Rode Planeet analyseren om het levenspotentieel daar te helpen beoordelen.
De 3D-geprinte onderdelen van PIXL omvatten de voor- en achterkant, het montageframe, de röntgentafel en de tafelsteun.Op het eerste gezicht lijken ze op relatief eenvoudige onderdelen, sommige dunwandige behuizingsdelen en beugels, ze kunnen zijn gemaakt van gevormd plaatstaal.Het blijkt echter dat de strenge eisen van dit instrument (en de rover in het algemeen) overeenkomen met het aantal nabewerkingsstappen in additive manufacturing (AM).
Toen ingenieurs van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) PIXL ontwierpen, wilden ze geen onderdelen maken die geschikt waren voor 3D-printen.In plaats daarvan houden ze zich aan een strikt "budget", terwijl ze zich volledig richten op functionaliteit en het ontwikkelen van tools die deze taak kunnen volbrengen.Het toegewezen gewicht van PIXL is slechts 16 pond;overschrijding van dit budget zorgt ervoor dat het apparaat of andere experimenten uit de rover "springen".
Hoewel de onderdelen er eenvoudig uitzien, moet bij het ontwerpen rekening worden gehouden met deze gewichtsbeperking.De röntgenwerkbank, het steunframe en het montageframe hebben allemaal een holle kokerbalkstructuur om extra gewicht of materiaal te vermijden, en de wand van de schaalafdekking is dun en de omtrek omsluit het instrument beter.
De vijf 3D-geprinte onderdelen van PIXL zien eruit als eenvoudige beugel- en behuizingscomponenten, maar strikte batchbudgetten vereisen dat deze onderdelen zeer dunne wanden en holle kokerbalkstructuren hebben, waardoor het conventionele fabricageproces dat wordt gebruikt om ze te vervaardigen, wordt geëlimineerd.Afbeeldingsbron: Carpenter Additives
Om lichtgewicht en duurzame behuizingscomponenten te produceren, wendde NASA zich tot Carpenter Additive, een leverancier van metaalpoeder- en 3D-printproductiediensten.Omdat er weinig ruimte is om het ontwerp van deze lichtgewicht onderdelen te veranderen of aan te passen, koos Carpenter Additive voor elektronenstraalsmelten (EBM) als de beste productiemethode.Dit metalen 3D-printproces kan holle kokerbalken, dunne wanden en andere kenmerken produceren die nodig zijn voor het ontwerp van NASA.3D-printen is echter slechts de eerste stap in het productieproces.
Elektronenbundelsmelten is een poedersmeltproces dat elektronenbundels als energiebron gebruikt om metaalpoeders selectief samen te smelten.De hele machine is voorverwarmd, het drukproces wordt uitgevoerd bij deze hoge temperaturen, de onderdelen worden in wezen warmtebehandeld wanneer de onderdelen worden bedrukt, en het omringende poeder is halfgesinterd.
Vergeleken met vergelijkbare directe metaallaser-sinterprocessen (DMLS), kan EBM ruwere oppervlakteafwerkingen en dikkere kenmerken produceren, maar de voordelen zijn ook dat het de behoefte aan ondersteunende structuren vermindert en de noodzaak van op laser gebaseerde processen vermijdt.Thermische spanningen die problematisch kunnen zijn.PIXL-onderdelen komen uit het EBM-proces, zijn iets groter van formaat, hebben ruwe oppervlakken en vangen poederachtige cakes in de holle geometrie.
Electron beam melting (EBM) kan complexe vormen van PIXL-onderdelen opleveren, maar om ze te voltooien, moet een reeks nabewerkingsstappen worden uitgevoerd.Afbeeldingsbron: Carpenter Additives
Zoals hierboven vermeld, moet een reeks nabewerkingsstappen worden uitgevoerd om de uiteindelijke grootte, oppervlakteafwerking en het gewicht van PIXL-componenten te bereiken.Zowel mechanische als chemische methoden worden gebruikt om restpoeder te verwijderen en het oppervlak glad te maken.De inspectie tussen elke processtap zorgt voor de kwaliteit van het gehele proces.De uiteindelijke samenstelling is slechts 22 gram hoger dan het totale budget, dat nog steeds binnen de toegestane bandbreedte ligt.
Voor meer gedetailleerde informatie over hoe deze onderdelen worden vervaardigd (inclusief de schaalfactoren die betrokken zijn bij 3D-printen, het ontwerp van tijdelijke en permanente ondersteuningsstructuren en details over poederverwijdering), verwijzen wij u naar deze casestudy en bekijken u de nieuwste aflevering van The Cool Onderdelenshow Om te begrijpen waarom dit voor 3D-printen een ongebruikelijk productieverhaal is.
Bij koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFRP) is het materiaalverwijderingsmechanisme eerder verpletterend dan afschuivend.Dit maakt het anders dan andere verwerkingstoepassingen.
Door een speciale freesgeometrie te gebruiken en een harde coating aan een glad oppervlak toe te voegen, heeft Toolmex Corp. een vingerfrees gecreëerd die zeer geschikt is voor het actief snijden van aluminium.Het gereedschap heet "Mako" en maakt deel uit van de professionele SharC-gereedschapsserie van het bedrijf.
Posttijd: 27 februari-2021