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航天发射过程中,将每公斤物品送入卫星轨道的费用约为20,000美元,节省每一克都有助于提高空间探索的效率。materialise与全球数字服务厂商atos的工程部门共同,重新开发了一个广泛应用于卫星的钛合金镶件。在或制造航天器部件时,最大的挑战就是在不牺牲部件强度或性能的前提下优化重量。钛合金镶件广泛用于航空航天领域,在卫星等结构中用于传递高机械载荷。凭借精巧的优化设计并通过金属3d,新型钛合金镶件重量仅为原来的三分之一,性能也得到了改进。

镶件置入夹层板结构钛合金镶件通常用来将其他设备与卫星连接起来,这样的镶件承受很高的负载,需要提升起又大又重的结构。这意味着它们必须具备很高的强度重量比,具有很高的强度和刚性,同时重量又必须非常轻。这些镶件被置入在航空航天结构中很常见的复合结构夹层板里,通过与夹层板的结合将载荷转移。

传统镶件通常采用铝合金或钛合金通过机加工制造,其砖块形状的内部完全是实体,质量很高。除了材料的高成本之外,重型部件还会增加每次发射时航天器的运营成本,金属3d打印为航天结构件减重提供了契机。

利用3d打印优化设计

工程师面临着改变传统思维的挑战。这个设计旨在满足从概念阶段到制造阶段的所有要求。atos依靠在航空航天工程和结构仿真方面的专业知识,从内到外设计了这个新型部件,提高了其整体性能。

通过3d打印,物体的内部空间可以采用中空或轻量化结构设计。materialise和atos的工程师从减少部件内部的材料使用量入手,研发团队采用拓扑优化和晶格结构设计等先进技术,将镶件质量从1454克减少到500克。

除了减轻重量外,团队还解决了原始设计中的热弹性应力问题。由于这些镶件在碳纤维增强聚合物夹板固化过程中已经被安装,因此会受到热弹性应力。优化设计降低了这些应力带来的影响并改善了载荷分布,延长了镶件的使用寿命。

不莱梅materialise金属3d打印工厂负责制作了新设计的两个钛合金(tial6v4)镶件。金属3d打印已经证明其在航空领域的巨大潜力,之前没有任何手段可以达到如此之快的交付时间。

atos西班牙机械工程总监这样评价:"减轻重量将有助于提高卫星设备的有效载荷,并大量节省每次的发射成本。正是由于在如此短的时间内,在金属增材制造领域创造出这种高度复杂的产品,使得atos和materialise成为金属3d打印解决方案供应商中的佼佼者。"

从过往的案例我们可以看出,materialise几乎渗透进入各种应用领域,不断挑战传统加工手段的地位,不断开拓3d打印在传统制造业中的深刻应用,推进变革,推动3d打印的发展。到目前看来,materialise只有一个。

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