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航空和航天工业:基于粉末床的金属激光熔融 (LaserCUSING)

2016-08-15 16:04
月城清浅
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  航空和航天工业领域内,欧洲最先进、最全面的宇航公司泰雷兹阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)和法国3D 打印服务公司Poly-Shape SAS达成合作伙伴关系,为韩国的新通信卫星Koreasat-5A和Koreasat-7提供增材制造部件,从而也再次证实了3D金属打印技术是数字化制造方式的创新推动者和先驱者地位。据了解,Koreasat-7将于2017 年升空进入东116o的太空轨道位置,覆盖韩国、菲律宾、印度尼西亚和印度地区;Koreasat-5A也将于2017年第二个季度发射升空,并进入东113°的太空轨道位置,覆盖韩国、日本、中南半岛和中东地区。这两颗卫星上的超大部件将由Thales Alenia Space和Poly-Shape合作制造完成。

  据介绍,Koreasat-5A 和Koreasat-7 的天线支架将成为迄今为止,欧洲采用基于粉末床的金属激光熔融技术制造并送入太空轨道的最大体积零件。其尺寸为447 x 204.5 x 391mm3 ,重量却只有1.13kg,可以称得上是真正的轻量化部件。但对于Thales Alenia Space来说,真正的挑战还是来自于部件的尺寸。该部件属于超大型的工程部件,由法国Poly-Shape SAS采用增材制造而成,将安装在Koreasat-5A和Koreasat-7中,作为天线的基座支架,用于与地面基地进行通信。Poly-Shape SAS公司作为3D打印的专家,在航空和航天工业的原型制作、3D金属打印和组装方面都是享有盛誉的合作伙伴。

  轻量化结构和成本缩减是主要优势

  铝 (Al) 在重量和导热性上具有优势,是卫星上最常用的金属材料,因为卫星需要送入太空轨道的重量越轻越好。据Thales Alenia Space 增材制造负责人Florence Montredon介绍:“根据以往经验,把 1kg 重量送入太空轨道的实际成本大约是20,000欧元,因此每一克都要精打细算。Koreasat-5A和 Koreasat-7这两颗新卫星的起飞重量都在3,500kg左右。”而增材制造技术在轻量化结构方面具有巨大的潜力。

  太空应用要求所使用的材料具有很高的强度、刚度和耐腐蚀性,因此Thales Alenia Space为该增材制造部件选用了AISi7Mg合金。且在部件的验证过程中,该增材制造成品部件表现出了<1 % 的低孔隙率,并最终成功通过了Thales Alenia Space公司的动态测试。Florence Montredon表示:“增材制造的效果很显著:与传统结构相比,仿生的增材制造结构重量减轻了22%。更重要的是,生产效率极大提高的同时,成本还下降了30%。”

  30 %的成本削减和多个因素有关。首先,消除了组装成本:只需生产1个增材仿生部件,设计制造一次性完成,而此前需要生产9个零件并进行再组装;其次,省去了使用铸造工艺时必不可少的制模成本;以及,最令人关注的时间成本,增材制造技术可轻松,并保证如期完成和该项目一样巨大产品的生产。行业里把这称为第一时间进入市场或抢占市场 (Time-to-Market),业界成为起航时间 (Time-to-Fly)。

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