Напечатанные 3D-модели литья SLA поставляют более изощренные, более консолидированные части которые более светлы, дешевле, легче и более безопасны для произведения даже в массовом производстве.
Решение отрасли
Малые космические аппараты, большая миссия
Если компания ставит перед собой такую амбициозную цель, как революционный прорыв в области исследования космоса, то она, скорее всего, откажется от многих традиционных процессов, начиная с проектирования и производства. Компания Planetary Resources не только занимает лидирующую позицию в освоении космоса, но также находится на вершине в области производственных процессов. Компания использует технологии 3D Systems для оптимизации деталей и запасных частей сложной формы, что приводит к снижению веса деталей, ускорению повторного проектирования и сокращению расходов в результате объединения запчастей в одну литую часть.
Миссия, поставленная компанией Planetary Resource, звучит смело: «Создать новую парадигму использования ресурсов, при которой солнечная система будет находиться в сфере экономического влияния человечества».
Аппараты, создаваемые компанией для исследования для малозатратного исследования космоса при помощи робототехники, это космические аппараты серии Arkyd. Они предназначены для идентификации околоземных астероидов на предмет добычи воды и ценных металлов. Первый демонстрационный аппарат, A3R, был запущен и помещён на орбиту в 2015 году. Запуск второго опытного аппарата, A6, запланирован на весну 2016 года. Два экспериментальных космических аппарата, каждый из которых размером примерно с коробку с овсяными хлопьями, используются для опытной проверки ключевых технологий, среди которых авионика, системы управления, программное обеспечение и датчики для обнаружения и определения ресурсов, залегающих на астероидах. Они закладывают основу для выпуска первых серийных аппаратов компании Planetary Resources, Arkyd серии 100, 200 и 300. Arkyd 100, 200 и 300 примерно в два раза больше аппаратов-прототипов, их масса составляет от 11 до 15 килограмм (24-33 фунтов). Они достаточно малы, чтобы их можно было отправить в космос с большей основной полезной нагрузкой, а затем запустить на орбиту с космической станции при благоприятных условиях.
Место не пропадёт даром
Компанией Planetary Resources планируется, что космические аппараты Arkyd впоследствии уйдут в серийное производство, поэтому в проекте нет места таким компонентам, которые слишком тяжелы или занимают очень много места в архитектуре аппарата. Именно здесь на помощь приходят технологии 3D Systems.
«3D-печать помогает нам объединить отдельные фрагменты в одну цельную часть», - говорит Крис Левицки, президент и генеральный директор компании Planetary Resources. «Наша цель заключается в том, чтобы космический аппарат был размером с мобильный телефон, чтобы место на нём не пропадало даром».
Узел, требующий особого внимания, это топливный бак, занимавший в прошлом значительный процент объёма космического аппарата и зачастую выглядевший, словно придаток, закреплённый на внешней части корпуса. В проекте аппаратов Arkyd 200 и 300 компании Planetary Resources, напротив, используется запатентованные модели отливки QuickCast от 3D Systems, позволяющие интегрировать двигательную систему внутрь структуры самого аппарата. Остальные части, как, например, коллекторная труба, предсопловая камера и геометрия прокладки маршрута, также встроены непосредственно в структурные элементы, поддерживающие космический аппарат.
Улучшаем методику, проверенную временем
QuickCast – это методика, модернизирующая традиционные технологии литья, применяющиеся уже тысячи лет, и являющаяся превосходным решением для работы со сложным проектом.
При использовании процессов компании 3D Systems, 3D-модель конструируется при помощи стереолитографической (SLA) машины. Когда построение модели окончено, из заготовки вытягивается жидкость. Затем заготовка покрывается керамической оболочкой для литья. После затвердевания оболочки осуществляется её обжиг при высокой температуре для выжигания заготовки. В образовавшуюся полость заливается металл. После охлаждения внешняя оболочка разбивается, и из неё извлекается готовая часть.
В основные достоинства процесса QuickCast входят:
- Возможность проектирования частей сложной формы для большей функциональности;
- Экономия значительного количества времени: от компьютерного проектирования до изготовления заготовки – всего один день;
- Ускорение повторного проектирования за счёт устранения использования времязатратных инструментов;
- Меньшее количество частей за счёт объединения компонентов;
- Возможность работы с любыми видами сплавов, включая стандартные авиационные металлы.
«Технология QuickCast открывает возможности, не достижимые при помощи традиционных методов производства, и мы также надеемся на реализацию планов по прямой печати из металла», - заявляет Крис Воорхис, главный инженер компании Planetary Resources. «Используя такие новые продукты компании 3D Systems, как система ProX DMP 320, мы можем создавать наши титановые детали с ещё большей детализацией и точностью, и мы предвкушаем их отправку в космос на нашем будущем аппарате».
Скорость и комплексность при низких затратах
Использование 3D-моделей для отливки металлов даёт проектировщикам возможности достичь нового уровня сложности проекта, создавая органичные формы без креплений, зажимов, шурупов и иных вспомогательных деталей, необходимых при использовании частей и компонентов, изготовленных традиционным образом.
«Топливные баки обычно занимают большую часть объёма космического аппарата», - объясняет Левицки. «При помощи 3D-печати мы сможем разрабатывать более эффективные и органичные проекты, используя такие материалы, как титан, для оптимизации конструкции для хранения горючего. В результате аппарат мгновенно становится легче, дешевле, безопаснее, и его легче производить серийно».
Модель в натуральную величину, созданная компаниями 3D Systems и Planetary Resources, показывает масштабы использования 3D-печати в проектах аппаратов Arkyd 200 и 300. Изящная модель выглядит обманчиво простой. Титановый топливный бак тороидальной формы, созданный при помощи литейных заготовок на SLA принтере 3D Systems, служит внешней конструкцией всего космического аппарата. Крепежи, маршруты прокладки кабелей и прочие элементы встроены в проект, что сокращает число деталей и добавляет дополнительную прочность и устойчивость. В отверстии в центре тороида находятся тепловой лазерный датчик и элементы связи.
Первые топливные баки, спроектированные при помощи заготовок 3D-печати, впервые будут использованы на аппарате Arkyd 100, запуск которого намечен на конец 2016 года или начало 2017 года. Arkyd 100 разработан для наблюдения с земной орбиты и обнаружения астероидов. Следом планируются запуски аппаратов Arkyd 200, предназначенного для сбора научных данных о физических характеристиках астероидов, и Arkyd 300, на который будет установлена двигательная система большего размера для исследования дальнего космоса.
Будущее аэрокосмического строительства
Принтеры 3D Systems играют ключевую роль при разработке всех продуктов серии Arkyd, от проектов прототипов до изготовления серийных частей для фактически существующего космического аппарата.
Компания Planetary Resources использует стереолитографию для изготовления прототипов и серийных частей вроде топливных баков при помощи технологии QuickCast, SLA-принтер ProJet 7000 для пластиковых прототипов и ProX DMP для прямой печати из металла.
«3D-печать позволяет нам экспериментировать с концепциями проектов и изготавливать серийные части лучшей функциональности гораздо быстрее, избавляя нас от забот, связанных с процессами традиционного производства», - говорит Левицки. «Мы осуществляем переход от субтрактивного к аддитивному производству. 3D-печать уже достаточно развита, и мы надеемся, что она является будущим аэрокосмического строительства».
