亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        國外3 D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用分析

        2015-07-07 11:05:49賈平李輝孫棕檀中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院
        國際太空 2015年4期
        關(guān)鍵詞:增材打印機(jī)火箭

        賈平 李輝 孫棕檀(中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院)

        國外3 D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用分析

        賈平李輝孫棕檀(中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院)

        2014年12月17日,美國商業(yè)公司研制的全球首臺(tái)微重力3D打印機(jī)在“國際空間站”依照美國航空航天局從地面發(fā)送的設(shè)計(jì)文件打印出套筒扳手。3D打印機(jī)未來有望用于制造“國際空間站”30%以上的備用部件。

        近年,美、歐、日等國家或組織積極開展了3D打印技術(shù)(又稱增材制造技術(shù))在航天領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。盡管目前在太空中進(jìn)行3D打印尚處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段,但已規(guī)劃與實(shí)施的諸多在地面上進(jìn)行增材制造的項(xiàng)目表明:3D打印技術(shù)已在衛(wèi)星與火箭等航天制造領(lǐng)域顯示出重要的發(fā)展價(jià)值和應(yīng)用潛力。調(diào)查顯示,其在航空航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用份額已占全部應(yīng)用領(lǐng)域的10%以上。

        1 在國外航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

        應(yīng)用現(xiàn)狀

        目前,3 D打印技術(shù)在衛(wèi)星領(lǐng)域尚處于簡單機(jī)電系統(tǒng)的建造和評(píng)估階段。其主要成果包括:采用3 D打印技術(shù)制造的2 U立方體衛(wèi)星—“快速成型微機(jī)電推進(jìn)和輻射試驗(yàn)”(RAMPART)的平臺(tái)模塊,實(shí)現(xiàn)了將標(biāo)準(zhǔn)的與定制的太陽電池板、布線和測壓元件的插板模塊混合制造;第一個(gè)采用3D打印技術(shù)、具有完備功能的航天發(fā)動(dòng)機(jī)微型推進(jìn)系統(tǒng)AMPS-H,完成了將結(jié)構(gòu)和燃料混合制造為一體的部件;美國高校在2013年底首次采用3D打印技術(shù)進(jìn)行立方體衛(wèi)星簡單電子設(shè)備的制造;美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室與紅眼公司合作,于2014年11月打印出氣象、電離層和氣候星座觀測系統(tǒng)-2(COSMIC-2)衛(wèi)星的功能天線陣結(jié)構(gòu)。

        3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴

        3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴正在進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)

        3D打印的MPS-120立方星推進(jìn)系統(tǒng)

        3 D打印技術(shù)已用于推進(jìn)系統(tǒng)精密零部件的制造。美國航空噴氣-洛克達(dá)因公司與美國格倫研究中心及馬歇爾航天飛行中心,近兩年已針對通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴在3316℃高溫下進(jìn)行了一系列點(diǎn)火試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,航空噴氣-洛克達(dá)因公司已分別于2014年6月和12月對采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的Baby Bantam火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和MPS-120立方星高比沖自適應(yīng)模塊化推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了點(diǎn)火試驗(yàn)。較精密的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的點(diǎn)火試驗(yàn)成功標(biāo)志著3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用由研發(fā)階段向工程化應(yīng)用邁進(jìn)了一步。

        應(yīng)用趨勢

        (1)進(jìn)一步開展大尺寸和金屬航天零部件的制造

        大尺寸航天零部件的3D打印技術(shù)因受限于打印設(shè)備體積等因素的限制而處于應(yīng)用起步階段。美國洛馬公司與紅眼公司已利用3D打印技術(shù)造出2個(gè)衛(wèi)星的大型燃料貯箱模擬器;航空噴氣-洛克達(dá)因公司也已在2014年8月被美國空軍基地授予了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大尺寸零部件的3D打印合同,標(biāo)志著使用該技術(shù)或可造出更多種大尺寸航天器零部件。日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)宣布擬在2015年為一枚大型試驗(yàn)火箭(將于2020年發(fā)射)研發(fā)出制造高級(jí)金屬零部件的3D打印機(jī)。

        (2)太空中的應(yīng)用進(jìn)入在軌試驗(yàn)階段

        在太空平臺(tái)上應(yīng)用3D打印技術(shù)具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢,例如可就地取材,節(jié)約運(yùn)輸成本。美國華盛頓州立大學(xué)已成功利用激光將仿月球巖石材料熔化,用于制造小型科研衛(wèi)星零部件;美國航空航天局已于2014年9月將首臺(tái)零重力3D打印機(jī)送到“國際空間站”,打印出首個(gè)物體(該3D打印機(jī)的面板);歐洲航天局和歐盟也設(shè)立了邁向零廢棄物和高科技金屬產(chǎn)品的高效生產(chǎn)的增材制造(AMAZE)項(xiàng)目,旨在將第一臺(tái)3 D金屬打印機(jī)運(yùn)至“國際空間站”;歐洲航天局亦擬于2015年將歐洲第一臺(tái)非金屬3D打印機(jī)安裝到“國際空間站”。

        利用“蜘蛛制造”技術(shù)進(jìn)行千米級(jí)孔徑的在軌建造

        可自我復(fù)制的月球工廠概念圖

        2  在航天領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢與潛在價(jià)值

        3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

        (1)降低成本,縮短周期

        采用3D打印技術(shù)可以大幅降低航天零部件的研制成本、縮短研制周期。美國采用3D打印技術(shù)打印了多個(gè)“航天發(fā)射系統(tǒng)”(SLS)重型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件:用3D打印技術(shù)制造RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)的彈簧Z隔板僅需9天;制造排氣孔蓋的成本比傳統(tǒng)方法降低65%;制造噴嘴用時(shí)不到4個(gè)月,成本可降低70%,而用傳統(tǒng)工藝制造噴嘴需要1年多。

        (2)提高零部件性能,提升設(shè)計(jì)空間

        采用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)零部件的整體制造,無需焊接、鉚接等組裝工藝,減少零部件數(shù)量,從而提高零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、完整性和可靠性等性能,洛馬公司正努力采用3D打印技術(shù)將A2100衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)有10%的3D打印零件比例增至2017年的50%;同時(shí)也有利于設(shè)計(jì)出更復(fù)雜、采用傳統(tǒng)工藝無法制造的航天器零部件。

        在太空中應(yīng)用的潛在價(jià)值

        (1)在軌航天器的維修和零部件替換及實(shí)現(xiàn)航天器自我復(fù)制

        通過“國際空間站”等太空平臺(tái)進(jìn)行3D打印,將其與美國航空航天局的“鳳凰計(jì)劃”結(jié)合,可根據(jù)需要直接在太空中制造出需要替換的老化和損壞的航天器零部件,無需再通過火箭發(fā)射到太空;采用3D打印輔助“蜘蛛制造”(SpiderFab),有助于實(shí)現(xiàn)航天器的自我復(fù)制。

        (2)在太空中循環(huán)再利用打印材料

        如果太空中的3D打印技術(shù)能將太空中的材料回收再利用,則可能有助于緩解目前的物流和操作問題,減少太空垃圾。

        (3)在地外星體表面建造基地和設(shè)備

        如果能用地外星體上的材料建造3D打印基地和所需設(shè)備,實(shí)現(xiàn)3D打印設(shè)備在外太空的自我復(fù)制,可為月球基地或其他星球基地的建設(shè)提供幫助。

        (4)建造難以在地球上制造或難以從地球上運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)

        通過在軌建造不便在地球制造或運(yùn)輸?shù)拇笮徒Y(jié)構(gòu)系統(tǒng),能降低結(jié)構(gòu)對拉伸強(qiáng)度的要求,不需考慮火箭發(fā)射振動(dòng)和加速度對結(jié)構(gòu)的影響,還可避免衛(wèi)星質(zhì)量超出標(biāo)準(zhǔn),解決火箭整流罩容積對有效載荷的限制問題。

        3 面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施

        制造精度有待提高,大規(guī)模生產(chǎn)效率不高

        采用不同3D打印技術(shù)工藝和設(shè)備最終會(huì)造出不同精度級(jí)別的零部件。光束或加工的方向會(huì)導(dǎo)致零部件中產(chǎn)生熱應(yīng)力,影響零部件的制造精度。光束與粒子的分辨率也會(huì)對熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力產(chǎn)生影響,從而影響零部件的集成。

        目前的3D打印技術(shù)還不適于大規(guī)模生產(chǎn),部分原因是每種設(shè)備只配有定制的單一工藝和幾種限定材料,工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備價(jià)格較貴;又沒有統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化約束,加上制造精度的不足,將影響產(chǎn)品的可復(fù)制性。

        為解決這些問題,3D打印的設(shè)備性能與工藝性能都需要提升。例如,研發(fā)閉合回路工藝控制系統(tǒng)來檢測和反饋設(shè)備系統(tǒng)的多種參數(shù);要想提高生產(chǎn)效率,需要開發(fā)出集多種材料、多種工藝于一身,集增材與減材工藝于一體的設(shè)備;研發(fā)出更多適合3D打印的材料;制定和采用健全的材料工藝標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),有助于提高產(chǎn)品的可復(fù)制性,美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)和ISO技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)已被多數(shù)國家接受。

        設(shè)計(jì)易被竊取

        聯(lián)網(wǎng)的3D打印機(jī)易受黑客攻擊,有關(guān)的設(shè)計(jì)可能被竊取或篡改,而且3D打印技術(shù)特性也使原始零部件易被掃描復(fù)制。為防止航天零部件設(shè)計(jì)被竊取,3D打印技術(shù)需與賽博防御技術(shù)協(xié)同發(fā)展,同時(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)也需相關(guān)政策法律的保護(hù)。

        傳統(tǒng)材料的局限等因素導(dǎo)致無法制造整機(jī)

        傳統(tǒng)材料的性能限制了3D打印的應(yīng)用范圍,有礙電子元器件的制造,從而限制了航天器高性能零部件的制造。美國已通過微型3D打印技術(shù)開發(fā)了一種超輕、超高剛度金屬晶格材料,并將與以色列合作為增材制造研發(fā)石墨烯增強(qiáng)型材料,它有可能改變電子元器件的制造方式。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)開展的“即插即用衛(wèi)星平臺(tái)”(Pn PSat平臺(tái))項(xiàng)目,致力于實(shí)現(xiàn)電氣線束和分布網(wǎng)絡(luò)與航天飛行器結(jié)構(gòu)的集成。洛馬、諾格等公司和一些大學(xué)也在研究打印帶有電子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),以便將機(jī)電子系統(tǒng)集成到組件中。

        電子元器件的制造技術(shù)與新材料研發(fā)是未來需重點(diǎn)突破的方向之一。將電氣線束與結(jié)構(gòu)集成的技術(shù)是超越單純結(jié)構(gòu)制造的重要進(jìn)步,這項(xiàng)技術(shù)在研發(fā)成熟后將是增材制造飛行器整機(jī)和其子系統(tǒng)的重要突破。

        在太空平臺(tái)上應(yīng)用面臨復(fù)雜太空環(huán)境的挑戰(zhàn)

        美國已著手在太空平臺(tái)上進(jìn)行3D打印的評(píng)估和試驗(yàn),但是將面臨微重力、真空環(huán)境、熱環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、穩(wěn)定的制造平臺(tái),還有電力系統(tǒng)等一系列的挑戰(zhàn)。除了設(shè)備必須體積小、質(zhì)量輕,可在太空環(huán)境下正常工作外,采用的工藝和材料也必須克服太空環(huán)境的復(fù)雜性。

        在太空中或其他適用性未知的領(lǐng)域中應(yīng)用3D打印前,有必要進(jìn)行包括基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用和創(chuàng)造新功能價(jià)值在內(nèi)的效費(fèi)比分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以及規(guī)劃發(fā)展路線。

        4 結(jié)束語

        3 D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的現(xiàn)狀表明:在地面上采用3D打印技術(shù)進(jìn)行某些航天零部件的制造可降低成本、縮短周期,有助于設(shè)計(jì)研發(fā)具有新功能、新結(jié)構(gòu)的零部件,提高結(jié)構(gòu)可靠性,還可帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

        然而,3 D打印技術(shù)在太空中應(yīng)用還需謹(jǐn)慎論證。尤其要處理好與傳統(tǒng)制造技術(shù)的關(guān)系,既要避免對傳統(tǒng)制造業(yè)造成負(fù)面沖擊,也要抓住可能變革制造工業(yè)的契機(jī);以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)、電子元器件的制造,以及大規(guī)模生產(chǎn)為未來發(fā)展方向,或可為航天工業(yè)乃至制造工業(yè)帶來巨大變革。

        我國要在3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展的浪潮中,緊跟發(fā)展潮流,進(jìn)行前瞻性謀劃和部署,贏得航天裝備競爭乃至整個(gè)工業(yè)技術(shù)革命的主動(dòng)權(quán)。

        Space Application of 3D Printing in Foreign Countries

        猜你喜歡
        增材打印機(jī)火箭
        石材增材制造技術(shù)研究
        石材(2022年4期)2022-06-15 08:55:02
        激光增材制造仿真過程分析
        我國增材制造技術(shù)的應(yīng)用方向及未來發(fā)展趨勢
        飛出去吧,火箭!
        運(yùn)載火箭
        另類3D打印機(jī)
        透視奇妙的火箭
        打印機(jī)基板大型注塑模具設(shè)計(jì)
        中國塑料(2016年7期)2016-04-16 05:25:55
        焊接增材制造研究新進(jìn)展
        焊接(2016年4期)2016-02-27 13:02:12
        FDM型混色3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)
        亚洲AV无码一区二区三区精神| 性欧美老人牲交xxxxx视频| 亚洲一区精品无码色成人| 久久国产综合精品欧美| 亚洲在中文字幕乱码熟女| 国产一区二区视频免费在| 老司机亚洲精品影院| 9191在线亚洲精品| 日本久久一区二区三区高清| av天堂最新在线播放| 亚洲欧美乱综合图片区小说区| 亚洲一区欧美二区| 国产毛片一区二区日韩| 午夜国产视频一区二区三区| 内射少妇36p亚洲区| 日韩免费小视频| 大又黄又粗又爽少妇毛片| 亚洲av福利天堂一区二区三 | 成人午夜福利视频镇东影视| 亚洲欧美日韩国产一区| 青青草免费在线手机视频| 91伦理片视频国产精品久久久| 99久久伊人精品综合观看| 国产成人av综合亚洲色欲| 亚洲一区二区三区高清视频| 日韩精品人成在线播放| 免费xxx在线观看| 国产自精品在线| 一本色道久久88加勒比| 精品伊人久久大香线蕉综合| 中国一级免费毛片| 亚洲综合天堂av网站在线观看| 亚洲精品乱码久久久久久| 欧产日产国产精品精品| 国产精品乱子伦一区二区三区 | 国产99久久精品一区二区| 日本加勒比东京热日韩| 亚洲成人av一区免费看| 中文字幕人妻第一区| 欧洲亚洲综合| 久久精品女人天堂av麻|