歐洲最大的衛(wèi)星用專業(yè) 3D 金屬打印部件

一直以來，增材制造技術(shù)都霸占著金屬加工領(lǐng)域頭條新聞的位置。這種被譽(yù)為將帶來“第三次工業(yè)革命”的 3D 金屬打印技術(shù)標(biāo)志著制造實體零件的制造方法發(fā)生了巨大的改變，也揭示了金屬零件制造模式已經(jīng)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。在這種轉(zhuǎn)變之中，或在融合了傳統(tǒng)切削加工和增材制造的混合制造工藝中，增材制造技術(shù)已經(jīng)變得越來越重要。

來自Thales Alenia Space的最新消息，航空和航天工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，歐洲最先進(jìn)、最全面的宇航公司泰雷茲阿萊尼亞宇航公司和法國3D 打印服務(wù)公司 Poly-Shape SAS達(dá)成合作伙伴關(guān)系，為韓國的新通信衛(wèi)星 Koreasat-5A 和 Koreasat-7 提供增材制造部件，從而也再次證實了3D金屬打印技術(shù)是數(shù)字化制造方式的創(chuàng)新推動者和先驅(qū)者地位。

據(jù)介紹，Koreasat-5A 和 Koreasat-7 的天線支架將成為迄今為止，歐洲采用基于粉末床的金屬激光熔融技術(shù)制造并送入太空軌道的最大體積零件。其尺寸為 447 x 204.5 x 391 mm3 ，重量卻只有 1.13 kg，可以稱得上是真正的輕量化部件。但對于Thales Alenia Space來說，真正的挑戰(zhàn)還是來自于部件的尺寸。該部件屬于超大型的工程部件，由法國Poly-Shape SAS 采用增材制造而成，將安裝在Koreasat-5A 和 Koreasat-7中，作為天線的基座支架，用于與地面基地進(jìn)行通信。Poly-Shape SAS 公司作為3D打印的專家，在航空和航天工業(yè)的原型制作、3D 金屬打印和組裝方面都是享有盛譽(yù)的合作伙伴。

輕量化結(jié)構(gòu)和成本縮減是主要優(yōu)勢

太空應(yīng)用要求所使用的材料具有很高的強(qiáng)度、剛度和耐腐蝕性，因此Thales Alenia Space 為該增材制造部件選用了 AISi7Mg 合金。且在部件的驗證過程中，該增材制造成品部件表現(xiàn)出了 <1 % 的低孔隙率，并最終成功通過了 Thales Alenia Space公司的動態(tài)測試。Florence Montredon表示：“增材制造的效果很顯著：與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，仿生的增材制造結(jié)構(gòu)重量減輕了 22%。更重要的是，生產(chǎn)效率極大提高的同時，成本還下降了 30%。”

Concept Laser 的超大型機(jī)器和設(shè)備
Poly-Shape 擁有 28 臺具備不同構(gòu)造空間大小的 3D 金屬打印設(shè)備。目前，Poly-Shape 所有可使用鋁合金粉材進(jìn)行 3D 打印的設(shè)備中，構(gòu)造空間尺寸最大的是 Concept Laser 的 X line 1000R。該設(shè)備可提供 630 x 400 x 500 mm3 的構(gòu)造空間，并在惰性氣體保護(hù)下，進(jìn)行安全生產(chǎn)和粉末篩分管理，這些都是依據(jù)ATEX安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。此外，X line 1000R 還擁有一個可交替使用兩種構(gòu)造模塊的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此能夠保證連續(xù)生產(chǎn)、無停工時間。這種獨一無二的設(shè)備設(shè)計不僅提供了極高的時間可用性，也讓機(jī)器的加裝和拆卸操作變得簡單和安全。

其升級型號 X line 2000R 甚至擁有更大的構(gòu)造空間 (800 x 400 x 500 mm3)，目前這在全球基于粉末床的激光熔融方面都是無與倫比的。相比 X line 1000R，其有效構(gòu)造體積再次增大了約 27 %，從 126 l 增加至 160 l。此外，該升級型號使用了兩部功率各為 1,000 W的激光器。Concept Laser 的 LaserCUSING 加工工藝對該項目具有重大意義：Concept Laser 設(shè)備的特點在于對需要連續(xù)處理的切片分割（也稱為“島”）進(jìn)行隨機(jī)控制。這種專利方法可以確保在制造超大型部件時顯著降低應(yīng)力。

符合工藝要求的設(shè)計
過渡到增材制造意味著設(shè)計思維也需要轉(zhuǎn)變。為了完全發(fā)揮出激光熔融的潛力，1:1 復(fù)制幾何形狀是毫無意義的。為了對 3D 部件進(jìn)行修整使其具備符合性能要求的幾何形狀、仿生和輕量化結(jié)構(gòu)，需要使用 CAE-CAD 輔助方法。Florence Montredon介紹說：“很明顯，我們已經(jīng)證實增材制造將是更多項目的有力競爭者。將來，我們還希望直接在 3D 結(jié)構(gòu)上或內(nèi)部置入熱控或無線電功能部件，即下一個任務(wù)是進(jìn)行功能集成。這也是根據(jù)增材制造的潛力得到的一個合乎邏輯的結(jié)果�！�
結(jié)論
Koreasat-5A 和Koreasat-7 項目展示了超大型高精增材制造部件在太空應(yīng)用中的可行性。采用模擬仿生設(shè)計，增材制造完成的部件可將此前需要生產(chǎn)的 9 個零件削減為1個零件，一次性完成的工藝讓制造過程中不再有此前的組裝成本；同時還得到了明顯更好的輕量化結(jié)構(gòu)潛力；使用增材制造解決方案可以減去 22 % 的重量，最終重量僅 1.13 kg。在這種每一克重量都至關(guān)重要的應(yīng)用中，這是一個巨大的飛躍；3D 幾何形狀可以根據(jù)在太空軌道中的使用條件進(jìn)行優(yōu)化修整。該項目令人印象深刻的結(jié)果展示了增材制造在航天工業(yè)中的潛力，相信未來航空航天領(lǐng)域中肯定還將會有更多此類項目的出現(xiàn)。
就Koreasat-5A 和 Koreasat-7 項目  

關(guān)于Poly-Shape
Poly-Shape SAS 是一家提供快速原型制造和小批量生產(chǎn)服務(wù)的制造商和服務(wù)供應(yīng)商。在其為客戶制定的解決方案中，使用塑料和金屬進(jìn)行增材制造扮演著重要的角色。作為一家全套服務(wù)供應(yīng)商，其服務(wù)范圍包括從設(shè)計到成品以及加工和組裝的全部內(nèi)容。
航空航天工業(yè)是 Poly-Shape 最引人關(guān)注的應(yīng)用行業(yè)，其營業(yè)額占比約 40 %。

關(guān)于Concept Laser
Concept Laser 有限公司是一家來自利希滕費(fèi)爾斯的獨立企業(yè)。公司自 2000 年成立以來，一直都是激光熔融技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新推動者，憑借獲得專利的 LaserCUSING® 技術(shù)從事跨行業(yè)的經(jīng)營活動。
該熔融方法是采用3D CAD 數(shù)據(jù)逐層生成部件的熔融技術(shù)。在這過程中，粉末狀的金屬通過高能光纖激光器發(fā)生局部熔化。冷卻后，材料凝固。反射鏡偏轉(zhuǎn)裝置（掃描器）通過對激光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)制造出部件輪廓。通過降低構(gòu)造空間底面、重新涂敷粉末和再次熔化逐層（層厚 15 – 500 μm）構(gòu)造出部件。該方法可在不使用模具的情況下制造出復(fù)雜幾何形狀的部件，而這是常規(guī)制造方法很難或根本無法做到的。

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