3D打印助力太空探索：航天器制造業(yè)的未來(lái)

南極熊覺得3d打印在航空航天上會(huì)有巨大的發(fā)展前景，航天零部件需要的定制化和輕量化的特性，3d打印技術(shù)會(huì)最大限度的實(shí)現(xiàn)航空航天所用零部件的在這兩個(gè)方面的要求。


當(dāng)一個(gè)公司著手于大膽的進(jìn)行革命性的太空探索，那就很可能需要摒棄許多傳統(tǒng)方式，通過(guò)設(shè)計(jì)和制造來(lái)重新定義太空探索。行星資源公司不僅走在太空探索的最前沿，在制造航天器方面也處于頂尖水平。他們使用3D打印技術(shù)來(lái)優(yōu)化復(fù)雜的部件及其裝配-部件從需要裝配到成為一整個(gè)鑄件，這樣一來(lái)可生成更輕質(zhì)、設(shè)計(jì)迭代更快速和成本更低的部件。

行星資源公司宣稱的使命是無(wú)畏的：“建立資源利用的新方式，將太陽(yáng)系也納入人類經(jīng)濟(jì)影響的范圍內(nèi)�！�

Arkyd 200效果圖

行星資源公司用于低成本機(jī)器人太空探索的飛行器稱為Arkyd系列航天器（宇宙飛船），主要是為了識(shí)別可開采水和貴金屬資源的近地小行星。第一個(gè)演示飛行器A3R于2015年推出，并成功進(jìn)入太空軌道。第二個(gè)演示飛行器 A6，預(yù)計(jì)將于2016年春季前后發(fā)布。兩個(gè)演示飛行器，大約麥片盒尺寸，主要被用于驗(yàn)證核心技術(shù)，包括航空電子設(shè)備、控制系統(tǒng)、軟件和探測(cè)小行星資源的傳感器。他們正在為行星資源公司的第一個(gè)全尺寸生產(chǎn)級(jí)飛行器Arkyd 100、200和300系列做準(zhǔn)備。Arkyd 100、200和300比演示飛行器大2倍，重約11~15公斤(24-33磅)。他們足夠小到可跟隨更大的有效載荷裝備到達(dá)太空，然后在條件允許的狀況下從太空站被發(fā)送至太空軌道。

不浪費(fèi)空間

行星資源公司希望Arkyd航天器最終能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，航天器的結(jié)構(gòu)中也不允許存在某些比較有重量或占據(jù)太多空間的部件。此時(shí)，3D打印技術(shù)引起了他們的注意。Arkyd 300燃料箱的QuickCast原型，由3D Systems的SLA設(shè)備打印。QuickCast工藝幫助行星資源公司將多個(gè)部件整合成整體，從而提高設(shè)計(jì)效率和降低成本

行星資源的公司總裁兼首席執(zhí)行官克里斯•萊維茨基表示，“3D打印幫助我們將單獨(dú)的有機(jī)部分整合成了一個(gè)整體。我們的目標(biāo)是讓航天器如同手機(jī)那樣，沒有被浪費(fèi)的空間” 。航天器的關(guān)鍵區(qū)域是油箱，在過(guò)去，油箱往往要占據(jù)航天器上一個(gè)很大空間，看上去就像一個(gè)累贅物附著在上面。與此相反，行星資源公司為Arkyd 200和300做的設(shè)計(jì)使用了3D Systems的專利QuickCast™原型，為航天器制作了集成性的結(jié)構(gòu)框架。其他部件比如歧管、集氣室和路徑結(jié)構(gòu)也直接整合到了用以支撐航天器的結(jié)構(gòu)元件中。

使一個(gè)經(jīng)過(guò)時(shí)間證明的技術(shù)更現(xiàn)代化QuickCast將可追溯到數(shù)千年前的傳統(tǒng)鑄造技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代化革新，這是處理復(fù)雜設(shè)計(jì)度的完美解決方案。

首先通過(guò)SLA設(shè)備建立3D原型。打印完成后，未固化的液體可以從被抽殼的原型中排出。這個(gè)原型將被使用陶瓷進(jìn)行掛漿制殼。一旦型殼堅(jiān)硬了，經(jīng)過(guò)高溫煅燒后型殼中的樹脂原型將氣化。將液態(tài)金屬澆注入空腔中，冷卻后打破型殼就能得到成品零件。

QuickCast工藝主要的優(yōu)勢(shì)包括：
1. 能夠設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)大功能性的復(fù)雜樣件
2. 能在一天內(nèi)將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為pattern，節(jié)省了大量時(shí)間
3.無(wú)需耗費(fèi)時(shí)間制作模具可快速迭代設(shè)計(jì)
4.通過(guò)整合部件減少部件數(shù)量
5.適用任何合金，包括常規(guī)飛行認(rèn)證金屬

克里斯•賴維斯基說(shuō)到，”QuickCast能做到傳統(tǒng)制造無(wú)法做出的工藝，對(duì)于能夠直接金屬打印我們非常興奮。通過(guò)3D Systems的設(shè)備比如ProX™ DMP 320，我們可以制造具有更精致細(xì)節(jié)和精度的鈦零件，我們期待著將這些利用到我們即將到來(lái)的航天器上�！�

行星資源公司Arkyd航天器的3D打印件。左邊是由通過(guò)3D Systems SLA打印機(jī)和QuickCast技術(shù)制作的鈦金屬部件，右邊是直接由ProJet 7000 SLA設(shè)備打印的塑料件

以低成本得到速度和復(fù)雜的部件

使用3D打印來(lái)鑄造金屬可以在設(shè)計(jì)上不受拘束，從而達(dá)到更高層次的設(shè)計(jì)精巧度，制作出移除了緊固件、螺絲釘和其他輔助件的有機(jī)形狀，而這些被移除的部分卻是傳統(tǒng)制造不得不需要使用的。

萊維茨基提到，“推進(jìn)油箱通常需要占據(jù)航天器很大一部分體積，而3D打印可以讓我們探索更有效的有機(jī)設(shè)計(jì)，可以使用鈦材料來(lái)優(yōu)化裝有推進(jìn)劑裝置的結(jié)構(gòu)。從結(jié)果來(lái)看，我們得到了一個(gè)更輕質(zhì)、更低成本、更安全且更容易批量復(fù)制的航天器�！�3D打印制作出了真實(shí)尺寸的模型，在某種程度上來(lái)說(shuō)，行星資源公司利用3D打印充分展現(xiàn)了Arkyd 200和300的設(shè)計(jì)。這個(gè)精致的模型看上去非常簡(jiǎn)潔。通過(guò)3D打印打印機(jī)的鑄造原型制作的環(huán)形的鈦金屬油箱，主要用作整個(gè)航天器的外部框架。固定裝置、布線設(shè)計(jì)和其他元素都做了嵌入式設(shè)計(jì)，以減少部件數(shù)量并增加強(qiáng)度和穩(wěn)定性。環(huán)形物中心的孔裝有熱激光傳感器和通信組件。

使用3D打印的pattern的首個(gè)燃料箱將會(huì)用于Arkyd 100，計(jì)劃于2016年底至2016年初啟動(dòng)。Arkyd 100旨在進(jìn)行地球觀測(cè)和定位小行星。Arkyd 200也會(huì)追隨它的軌跡，Arkyd主要是為了收集小行星物理特性的科研數(shù)據(jù)。Arkyd 300具有更大的推進(jìn)系統(tǒng)，可進(jìn)行深空探測(cè)。

航天器制造業(yè)的未來(lái)

3D打印機(jī)在Arkyd的整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)中起到了核心作用，從原型設(shè)計(jì)到為實(shí)際的航天器制造生產(chǎn)級(jí)部件。3D打印機(jī)被用于整合Arkyd 100航天器的部件并加快其迭代設(shè)計(jì)

行星資源公司使用SLA打印QuickCast原型和生產(chǎn)級(jí)部件，比如燃料箱。ProJet 7000 SLA打印機(jī)用于塑料原型的打印，ProX DMP用于直接金屬打印。萊維茨基認(rèn)為，“3D打印讓我們可以進(jìn)行設(shè)計(jì)概念實(shí)驗(yàn)并且更快地制造具有更強(qiáng)功能性的生產(chǎn)級(jí)部件，而不必?fù)?dān)心傳統(tǒng)制造無(wú)法做到的工藝�！�

從減材制造轉(zhuǎn)化到增材制造。3D打印時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，我們相信這是航空制造業(yè)的未來(lái)，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。
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來(lái)源：3D Systems

3D打印技術(shù)粉發(fā)展速度令人驚嘆，3D打印相對(duì)于傳統(tǒng)執(zhí)照方式存在很多優(yōu)點(diǎn)。
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