Caracol開發(fā)WAAM 3D打印鋁合金火箭壓力罐，推動航空航天領(lǐng)域創(chuàng)新

導(dǎo)讀：全球航空航天業(yè)正在大力推動創(chuàng)新，而增材制造在這一演變中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這要?dú)w功于其在小批量生產(chǎn)中的靈活性、可持續(xù)性和成本效益的特點(diǎn)。

2023年6月1日，南極熊獲悉，Caracol公司與米蘭理工大學(xué) (Polimi) 機(jī)械工程系合作為太空物流運(yùn)輸公司 D-Orbit 制造航空航天應(yīng)用部件——火箭推進(jìn)劑壓力罐。這款特殊的壓力罐使用了 Caracol 最新的 WAAM 技術(shù)和與米蘭理工大學(xué) (Polimi) 機(jī)械工程系合作表征的輕質(zhì)鋁合金（Al2319）材料 3D 打印完成。

最終，鋁合金壓力罐將被安裝在運(yùn)載衛(wèi)星上，用于運(yùn)輸和釋放立方體衛(wèi)星進(jìn)入軌道。一旦進(jìn)入軌道，這些衛(wèi)星將用于研究和商業(yè)應(yīng)用中的研究、通信和監(jiān)測操作。Caracol 為航空航天領(lǐng)域的定制金屬部件的按需生產(chǎn)開發(fā)了先進(jìn)的制造解決方案。

Caracol 開發(fā)的 WAAM 技術(shù)基于 MIG（金屬惰性氣體）焊接技術(shù)，可用于為先進(jìn)行業(yè)生產(chǎn)成品部件。此外，利用其在編程和設(shè)計高級增材制造機(jī)器人系統(tǒng)方面的廣泛專業(yè)知識，以及在大規(guī)模熔融顆粒制造 (FGF) 工藝中獲得的硬件軟件集成經(jīng)驗，Caracol 開發(fā)并部署了其專有的切片和適用于 WAAM 的控制軟件，可在 8 軸上運(yùn)行。D-Orbit 和 Polimi 都直接參與了該項目。

D-Orbit 被確定為該項目的最終用戶，它幫助確定了組件所需的功能特性，從幾何形狀到壓力罐需要滿足的測試要求。這家意大利公司成立于2011年，是新太空市場的首批參與者之一，它建立了一個空間物流基礎(chǔ)設(shè)施，使服務(wù)提供商能夠簡化衛(wèi)星發(fā)射、跨軌道運(yùn)輸、在軌服務(wù)和加油以及任務(wù)結(jié)束處置.

D-Orbit 的商業(yè)發(fā)射和部署解決方案由其專有的軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載工具 ION Satellite Carrier 提供支持，可以將從發(fā)射到運(yùn)營的時間減少85%，在部署到整個衛(wèi)星群時可能節(jié)省多達(dá) 40%。這些成本節(jié)約是即將到來的萬億美元商業(yè)航天工業(yè)的有利因素之一，它將引領(lǐng)人類向宇宙擴(kuò)張。

D-Orbit的商業(yè)發(fā)射和部署解決方案由其專有的軌道轉(zhuǎn)移飛行器ION衛(wèi)星運(yùn)載器實現(xiàn)，可以將從發(fā)射到運(yùn)營的時間減少85%，在部署整個衛(wèi)星群時，潛在的節(jié)省可達(dá)40%。這些成本節(jié)約是即將到來的萬億美元的商業(yè)航天工業(yè)的有利因素之一，它將引領(lǐng)人類向宇宙擴(kuò)張。

米蘭理工大學(xué)機(jī)械工程系對于Al2319材料的表征以及最終產(chǎn)品合格的測試階段和工藝參數(shù)優(yōu)化的定義至關(guān)重要。

除了源自該項目的硬件和軟件創(chuàng)新之外，Caracol 及其合作伙伴還設(shè)計并評估了一個數(shù)字流程，以整合工程、制造和測試過程，生產(chǎn)金屬航空航天部件。該項目中引入的數(shù)字化創(chuàng)新要素涉及三個主要領(lǐng)域：軟件、控制和自動化。這三個方面的整合導(dǎo)致了一個高度自動化和高效的工作流程。此外，識別用于控制每個過程階段的數(shù)字流程使 WAAM 技術(shù)能夠保證過程的可重復(fù)性和控制，確保這些過程能夠成為傳統(tǒng)制造技術(shù)的有效和高效的替代方案。

Caracol公司決定將WAAM作為這些應(yīng)用的解決方案，因為它在設(shè)計靈活性、性能、效率和促進(jìn)可持續(xù)性方面有許多優(yōu)勢。就產(chǎn)品而言，它將大幅減少廢舊材料與優(yōu)化設(shè)計結(jié)合起來，使終端部件的重量得以減輕。集成到火箭上的WAAM 壓力罐可以在生產(chǎn)和發(fā)射方面大幅度節(jié)約成本，對環(huán)境也有積極的影響，因為發(fā)射所需的推進(jìn)劑的數(shù)量直接取決于航天器的質(zhì)量。另一方面，在工藝方面，WAAM技術(shù)能夠生產(chǎn)出單一材料的推進(jìn)劑箱。對于高需求的應(yīng)用，這項技術(shù)有可能與長絲纏繞結(jié)合使用，以有效提供具有復(fù)雜形狀的金屬芯。

3D打印火箭壓力罐項目具有重大意義，因為它顯示了像WAAM這樣的早期技術(shù)在生產(chǎn)太空成品部件方面的切實潛力。WAAM技具有明顯的工藝優(yōu)勢，有望應(yīng)用到太空飛船的推進(jìn)劑罐生產(chǎn)當(dāng)中。目前，Caracol公司正在持續(xù)針對該項目進(jìn)行可行性研究，使這種金屬3D打印技術(shù)及其WAAM解決方案可以在整個先進(jìn)的工業(yè)行業(yè)中使用。他們的最終目標(biāo)是通過增材制造支持生產(chǎn)過程的技術(shù)和數(shù)字創(chuàng)新，推動中小型航天企業(yè)的發(fā)展。