發(fā)表時間:2022-05-10?????責(zé)任編輯:極光創(chuàng)新
美國宇航局(NASA)的 "毅力號"火星車,在經(jīng)過幾億公里的飛行后,于2021年2月18日安全、完美地準時降落在火星表面,并且傳回了第一張火星照片。其中,最令我們激動的是,火星車上安裝了11個用3D打印技術(shù)制作的金屬部件,這些部件經(jīng)歷了重重考驗,最終到達火星,并將在后續(xù)的火星探索過程中繼續(xù)發(fā)揮作用。
現(xiàn)在,讓我們來揭秘一下在“毅力號”火星車上的那些3D打印部件。
3D打印史上最先進的火星車
3D打印技術(shù)可以讓工程師們制造出獨特的設(shè)計和性能,比如讓硬件更輕、更強,或者對熱或冷的反應(yīng)更靈敏。
“毅力號”火星車的前身“好奇號”,是第一個將3D打印部件帶到火星的。它在2012年著陸時,探測器的火星樣品分析(SAM)儀器內(nèi)有一個3D打印的陶瓷部件。此后,NASA繼續(xù)測試3D打印在航天器中的使用,以確保零件的可靠性。
美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)快速成型制造小組負責(zé)人Andre Pate說:"這些3D打印部件飛往火星是一個巨大的里程碑,為航天工業(yè)中的增材制造打開了更多的大門。"“毅力號”的3D打印部件如果不能按計劃工作,也不會危及任務(wù)。
3D打印PIXL的外殼
在前往火星的11個3D打印部件中,有5個在 "毅力號"的PIXL儀器中。這個飯盒大小的設(shè)備是X射線巖石化學(xué)行星儀器,它通過向巖石表面發(fā)射X射線束進行分析,幫助火星車尋找微生物生命化石的跡象。
PIXL與其他工具共享空間,位于火星車7英尺長(2米長)機械臂末端的88磅(40公斤)旋轉(zhuǎn)炮塔中。為了使這個儀器盡可能地輕巧,JPL團隊將PIXL的兩片鈦殼、一個安裝框架以及將外殼固定在機械臂末端的兩個支撐支柱設(shè)計成中空結(jié)構(gòu),而且壁極薄。事實上,這些部件由一家名為Carpenter Additive的供應(yīng)商進行3D打印,質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的輕三四倍。
首席機械工程師Michael Schein說:"3D打印使這個儀器成為可能,這些技術(shù)讓我們實現(xiàn)了傳統(tǒng)制造無法實現(xiàn)的輕質(zhì)量和高精度。"
MOXIE中的3D打印熱交換器
"毅力號 "火星車的其他6個3D打印部件在 "火星氧氣原位資源利用實驗 "儀器中,簡稱MOXIE。這個設(shè)備將測試新的技術(shù),未來可以生產(chǎn)工業(yè)數(shù)量的氧氣,在火星上制造火箭推進劑,幫助宇航員發(fā)射回地球。
為了制造氧氣,MOXIE將火星空氣加熱到近1500華氏度(800攝氏度)。設(shè)備內(nèi)有六個熱交換器:巴掌大小的鎳合金板,保護儀器的關(guān)鍵部件不受高溫影響。
傳統(tǒng)的機械加工熱交換器需要由兩部分組成并焊接在一起,而MOXIE的每一個熱交換器都是在加州理工學(xué)院作為單件3D打印出來的。
幫助開發(fā)熱交換器的材料工程師Samad Firdosy說:"這類鎳部件被稱為超合金,因為它們即使在非常高的溫度下也能保持強度,超合金通常出現(xiàn)在噴氣發(fā)動機或發(fā)電渦輪機中。它們的抗腐蝕能力非常好,即使在真正的高溫下也是如此。"
雖然新的制造工藝提供了便利,但3D打印機鋪設(shè)的每一層合金都會形成孔隙或裂縫,從而削弱材料的強度。為了避免這種情況,這些板材在熱等靜壓機、氣體粉碎機中進行處理,它能將材料加熱到超過1832華氏度(1000攝氏度),并在零件周圍均勻地增加強大的壓力。然后,工程師使用顯微鏡和大量的機械測試來檢查熱交換器的微觀結(jié)構(gòu),并確保它們適合太空飛行。
目前,3d打印技術(shù)不斷應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域,極大的增加了3d打印技術(shù)的應(yīng)用價值,相信以后將會在此領(lǐng)域應(yīng)用的更加廣泛,更好的服務(wù)于航天科技領(lǐng)域。