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極光爾沃:美國(guó)毅力號(hào)火星車成功著陸,安裝了11個(gè)3D打印金屬部件

發(fā)表時(shí)間:2022-05-10?????責(zé)任編輯:極光創(chuàng)新

       美國(guó)宇航局(NASA)的 "毅力號(hào)"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(zhǔn)時(shí)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(dòng)的是,火星車上安裝了11個(gè)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(yàn),最終到達(dá)火星,并將在后續(xù)的火星探索過程中繼續(xù)發(fā)揮作用。

△毅力號(hào)火星探測(cè)器著陸演示


△毅力號(hào)火星探測(cè)器傳回的第一張火星照片


        現(xiàn)在,讓我們來揭秘一下在“毅力號(hào)”火星車上的那些3D打印部件。

3D打印史上最先進(jìn)的火星車

        3D打印技術(shù)可以讓工程師們制造出獨(dú)特的設(shè)計(jì)和性能,比如讓硬件更輕、更強(qiáng),或者對(duì)熱或冷的反應(yīng)更靈敏。

      “毅力號(hào)”火星車的前身“好奇號(hào)”,是第一個(gè)將3D打印部件帶到火星的。它在2012年著陸時(shí),探測(cè)器的火星樣品分析(SAM)儀器內(nèi)有一個(gè)3D打印的陶瓷部件。此后,NASA繼續(xù)測(cè)試3D打印在航天器中的使用,以確保零件的可靠性。

        美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)快速成型制造小組負(fù)責(zé)人Andre Pate說:"這些3D打印部件飛往火星是一個(gè)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(hào)”的3D打印部件如果不能按計(jì)劃工作,也不會(huì)危及任務(wù)。

△毅力號(hào)火星車


3D打印PIXL的外殼

       在前往火星的11個(gè)3D打印部件中,有5個(gè)在 "毅力號(hào)"的PIXL儀器中。這個(gè)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(jìn)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(zhǎng)(2米長(zhǎng))機(jī)械臂末端的88磅(40公斤)旋轉(zhuǎn)炮塔中。為了使這個(gè)儀器盡可能地輕巧,JPL團(tuán)隊(duì)將PIXL的兩片鈦殼、一個(gè)安裝框架以及將外殼固定在機(jī)械臂末端的兩個(gè)支撐支柱設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu),而且壁極薄。事實(shí)上,這些部件由一家名為Carpenter Additive的供應(yīng)商進(jìn)行3D打印,質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的輕三四倍。

      首席機(jī)械工程師Michael Schein說:"3D打印使這個(gè)儀器成為可能,這些技術(shù)讓我們實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造無法實(shí)現(xiàn)的輕質(zhì)量和高精度。"

△美國(guó)宇航局的 "毅力號(hào) "火星車上的儀器之一PIXL的外殼包括幾個(gè)由3D打印鈦制成的部件,插圖顯示了它兩片式外殼部分的前半部分


MOXIE中的3D打印熱交換器

       "毅力號(hào) "火星車的其他6個(gè)3D打印部件在 "火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn) "儀器中,簡(jiǎn)稱MOXIE。這個(gè)設(shè)備將測(cè)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(jìn)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(gè)熱交換器:巴掌大小的鎳合金板,保護(hù)儀器的關(guān)鍵部件不受高溫影響。

      傳統(tǒng)的機(jī)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(gè)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?yàn)樗鼈兗词乖诜浅8叩臏囟认乱材鼙3謴?qiáng)度,超合金通常出現(xiàn)在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電渦輪機(jī)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(jī)鋪設(shè)的每一層合金都會(huì)形成孔隙或裂縫,從而削弱材料的強(qiáng)度。為了避免這種情況,這些板材在熱等靜壓機(jī)、氣體粉碎機(jī)中進(jìn)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(qiáng)大的壓力。然后,工程師使用顯微鏡和大量的機(jī)械測(cè)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(jià)值,相信以后將會(huì)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。

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