Маленький аппарат, большая миссия | Без лишних деталей | Модернизация проверенной технологии | Быстрое изготовление сложных деталей с меньшими затратами | Будущее авиакосмического производства
Компания, поставившая перед собой такую дерзкую цель, как коренное преобразование космических исследований, готова отказаться от традиционного подхода к конструированию и производству. Planetary Resources не только лидирует в области космических технологий, но и применяет передовые процессы для изготовления аппаратов. Использовав технологии 3D Systems для оптимизации сложных деталей и узлов, компания в результате получила более легкую конструкцию, ускорила процесс проектирования и сократила затраты благодаря преобразованию узлов в одну литую деталь.
Маленький аппарат, большая миссия
Миссия, провозглашенная Planetary Resources, звучит амбициозно: «Создать новую парадигму использования ресурсов, чтобы включить Солнечную систему в сферу экономического влияния человечества».
Для низкозатратных исследований космического пространства будут использоваться аппараты серии Arkyd — они определят наличие воды и драгоценных металлов на ближайших к Земле астероидах. Первый демонстрационный аппарат, A3R, был запущен и успешно выведен на орбиту в 2015 году. Запуск второго аппарата, A6, состоялся в январе 2018 года. Два демонстрационных аппарата размером не больше коробки хлопьев используются для проверки основных систем: бортовой электроники, систем управления, программного обеспечения и датчиков — на способность определять и классифицировать полезные ископаемые на астероиде. Ведется подготовка к созданию первых полномасштабных аппаратов серий Arkyd 100, 200 и 300. Они будут примерно в два раза больше демонстрационных аппаратов, а их масса составит от 11 до 15 кг. Они будут достаточно компактными, чтобы их можно было доставить на космическую станцию с более крупным полезным грузом и уже оттуда вывести на орбиту при наличии благоприятных условий.
Без лишних деталей
Компания Planetary Resources рассчитывает на массовое производство аппаратов Arkyd в будущем, и поэтому в их конструкции не должно быть слишком тяжелых или объемных деталей. И здесь на сцену выходит 3D Systems.
«Технологии 3D Systems помогают нам объединить отдельные компоненты в одну большую сложную деталь, — рассказывает Крис Левицки, президент и исполнительный директор Planetary Resources. — Мы стремимся создать космический аппарат, в котором не будет ничего лишнего, как в мобильном телефоне».
3D-печать дает нам возможность экспериментировать с проектным замыслом и быстрее изготавливать более функциональные деталиКрис Левицки, президент и исполнительный директор Planetary Resources
Основное внимание уделяется топливному баку, который обычно занимает значительную долю объема космического аппарата и зачастую выглядит, как придаток к корпусу. Чтобы избежать этого, при проектировании Arkyd 200 и 300 специалисты Planetary Resources используют патентованные литейные модели QuickCast от 3D Systems, которые позволят органично вписать двигательную установку в корпус аппарата. Другие детали — такие, как топливный коллектор, нагнетательная камера и кабели — также встраиваются непосредственно в структурные элементы корпуса.
Модернизация проверенной технологии
Метод QuickCast выводит традиционные способы литья, возникшие тысячи лет назад, на новый уровень и идеально подходит для сложного конструирования.
Для создания литейной модели методом 3D-печати в 3D Systems используется стереолитографическая установка (SLA-принтер). По завершении печати из модели сливается жидкость. Затем она заключается в керамическую литейную форму. Из затвердевшей формы модель выжигается при высоких температурах. В полученную форму заливается металл. После охлаждения форму ломают, чтобы извлечь готовую деталь.
Основные преимущества процесса QuickCast:
- возможность создавать более функциональные детали сложной формы.
- значительная экономия времени благодаря тому, что литейную модель можно создать на основе CAD-модели за один день.
- ускоренное проектирование благодаря отсутствию инструментальной обработки, отнимающей много времени.
- меньшее количество деталей благодаря объединению компонентов.
- возможность использовать любые сплавы, в том числе основных металлов, применяемых в космической и авиатехнике.
«QuickCast открывает возможности, ранее недоступные при традиционном производстве. Мы также впечатлены перспективами, которые предлагает 3D-печать металлом, — говорит Крис Воорес, главный инженер Planetary Resources. — Благодаря таким 3D-принтерам 3D Systems, как ProXDMP 320, мы создаем компоненты из титана с еще большей точностью и степенью детализации. С нетерпением ждем, когда сможем применить их в наших будущих космических аппаратах».
Быстрое изготовление сложных деталей с меньшими затратами
Применение 3D-печати для литейных работ позволяет конструкторам реализовать более сложные проекты, создавая компоненты, которые органично вписываются в конструкцию без креплений, зажимов, болтов и прочих вспомогательных деталей, необходимых при традиционном изготовлении компонентов и узлов.
«Топливные баки, как правило, занимают большую часть объема космического аппарата, — поясняет Левицки. — 3D-печать дает нам возможность использовать более эффективные, органичные конструкции бака из таких материалов, как титан. В результате мы получим более легкий, дешевый и безопасный космический аппарат, массовое производство которого будет проще наладить».
Модель в натуральную величину, совместно созданная 3D Systems и Planetary Resources, демонстрирует, как 3D-печать облегчает проектирование аппаратов Arkyd 200 и 300. Элегантная модель выглядит обманчиво просто. Титановый топливный бак в форме бублика, созданный на основе литейных моделей, напечатанных на SLA-принтере 3D Systems, служит внешней рамой для всего космического аппарата. Крепления, кабели и другие элементы встроены в конструкцию, что сокращает количество деталей и делает ее более прочной и стабильной. В отверстии в центре «бублика» расположены лазерные датчики температуры и компоненты системы связи.
Будущее авиакосмического производства
3D-принтеры играют ключевую роль в полном цикле разработки продукта Arkyd — от конструирования прототипов до изготовления деталей реального космического аппарата.
Компания Planetary Resources использует SLA-установку для создания моделей QuickCast и таких деталей, как топливный бак, 3D-принтер ProJet 7000 — для печати пластиковых прототипов и ProX DMP — для 3D-печати металлических частей.
«3D-печать дает нам возможность экспериментировать с проектным замыслом и быстрее изготавливать более функциональные детали, не утруждая себя процессами, связанными с традиционным производством, — говорит Левицки. — Мы переходим от субтрактивного к аддитивному производству. 3D-печать стала повсеместно применяемым процессом, и мы считаем, что за ней — будущее авиакосмического производства».
Материал предоставлен компанией 3D Systems
Статья опубликована 14.09.2018 , обновлена 26.04.2021
