洛克希德公司訪談:獵戶座航天器有200個(gè)3D打印組件
NASA的Orion航天器一直在以指數(shù)形式使用增材制造技術(shù)。洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin)和美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)最近宣布,已完成為獵頭Artemis I任務(wù)開發(fā)的Orion乘員組和服務(wù)模塊,該任務(wù)使用了100個(gè)3D打印零件。在執(zhí)行Artemis II任務(wù)的航天器中,洛克希德公司已開發(fā)了近200個(gè)3D打印部件。

探索任務(wù)1的獵戶座乘員艙模塊,在NASA的太空發(fā)射系統(tǒng)火箭上發(fā)射(圖片來(lái)源:NASA)
去年9月,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)與洛克希德(Lockheed)簽訂了生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)6個(gè)“獵戶座”(Orion)航天器飛行任務(wù)的合同。該機(jī)構(gòu)的獵戶座生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)合同(OPOC)是NASA的不定期限交付,不定數(shù)量(IDIQ)合同,用于發(fā)布成本加激勵(lì)費(fèi)和固定價(jià)格訂單。最初,美國(guó)國(guó)家航空航天局以27億美元的價(jià)格訂購(gòu)了三架獵戶座飛船,用于阿爾忒彌斯第三至第五次任務(wù)。然后在2022年,該機(jī)構(gòu)計(jì)劃以19億美元的價(jià)格再訂購(gòu)三架“獵戶座”航天飛機(jī),用于第六至第八次任務(wù)。到2030年,根據(jù)IDIQ合同,最多可訂購(gòu)六架Orion航天器,并利用前六個(gè)飛行任務(wù)的航天器生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)最低的單價(jià)。
洛克希德·馬丁公司增材制造實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理Brian Kaplun接受采訪,下面是部分采訪內(nèi)容:
增材制造如何幫助創(chuàng)建效率更高的航天器?
“先進(jìn)制造的作用之一是要增加我們?nèi)魏纹脚_(tái)(包括Orion)的成本和進(jìn)度效率,這樣做的方式至少要從技術(shù)角度保持平價(jià),但在許多情況下可以提高。因此,我們與Orion所做的許多工作都旨在使飛船能夠更有效地重用,更具成本競(jìng)爭(zhēng)力并能更快地交付具有更好技術(shù)性能的航天器。例如,我們的對(duì)接艙口蓋以節(jié)省成本和進(jìn)度的方式進(jìn)行打印;此外,得益于新型的ESD兼容聚合物(一種防靜電塑料),我們還提供了更多的技術(shù)性能。 AM是先進(jìn)制造工具箱中的一種工具,它確實(shí)使我們能夠?qū)崿F(xiàn)所有這三個(gè)寶貴點(diǎn)。該計(jì)劃是繼續(xù)創(chuàng)建我們已經(jīng)利用的AM組件,并希望增加數(shù)量。”
我們做了很多傳統(tǒng)上難以生產(chǎn)的零件,例如結(jié)構(gòu)部件和托架,用于引導(dǎo)氣流的不同零件或燃料容器,例如氫燃料箱。此外,在宇航員將在Orion上使用的座椅上,我們3D打印了不同的墊片(位于座椅邊緣和宇航員臀部之間的部分),并且根據(jù)使用該墊片的宇航員而尺寸各異。
3D打印零件可以承受太空中最嚴(yán)酷的條件嗎?
“我們完全對(duì)我們的任何航天器和平臺(tái)進(jìn)行鑒定,這是經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐而得出的鑒定。 2011年,我們發(fā)布了有史以來(lái)第一個(gè)3D打印零件,這是我們?cè)贘uno任務(wù)中將其送入太空的那部分,現(xiàn)在這些零件正在環(huán)繞地球飛行。因此,正如我們?cè)?011年所做的那樣嚴(yán)格,在2019年的最后一刻,我們必須經(jīng)歷并真正使Orion的任何零件合格。更重要的是,在未來(lái)的載人任務(wù)中,我們將進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)這些質(zhì)量,我們非常有經(jīng)驗(yàn)。
您如何選擇3D打印零件的設(shè)計(jì)?
“我們?yōu)榭蛻羯a(chǎn)了許多不同的零件,這些零件幾乎具有多個(gè)形狀,因此,如果您查看一些在重量和可生產(chǎn)性方面都針對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化的新設(shè)計(jì),您會(huì)發(fā)現(xiàn)它們模仿了骨骼。在您的手臂上就像一種非常進(jìn)化和有效的支持方法。如果我們看一下已經(jīng)完成的一些結(jié)構(gòu)性支架,它們看上去幾乎是一棵樹或一個(gè)骨架結(jié)構(gòu),這是一個(gè)非常獨(dú)特的形態(tài) 。但是現(xiàn)在人們已經(jīng)接受過(guò)AM培訓(xùn),我們注意到存在許多技術(shù)上更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。我們?yōu)镺rion制造的某些ESD零件幾乎不可能以任何其他方式實(shí)現(xiàn)。
3D打印以何種方式降低了航天器的成本?
“我們力爭(zhēng)將成本降低到50%。去年,我們?cè)谡麄(gè)空間部門印刷了大約6,500個(gè)零件。最近,我們甚至使用AM技術(shù)開發(fā)了用于測(cè)試的模型,例如將在Orion上使用的座便器。我們擔(dān)心這個(gè)區(qū)域受干擾,因此我們打印了整個(gè)廁所樣機(jī),然后將其放入飛行器中。該廁所的大小直徑2英尺,高3英尺,因此生產(chǎn)起來(lái)非常大。”
洛克希德在3D打印作品時(shí)如何考慮可持續(xù)性?
“我們對(duì)技術(shù)的可持續(xù)性感到非常自豪。我們的聚合物產(chǎn)品可以根據(jù)需要進(jìn)行回收和再利用,粉末床工藝非常高效,從材料的角度來(lái)看,整個(gè)行業(yè)被認(rèn)為是非常可持續(xù)且具有成本效益的。我們添加過(guò)程中的一些浪費(fèi)可以低于5%。當(dāng)您將其與某些減法和傳統(tǒng)制造應(yīng)用進(jìn)行比較時(shí),這些數(shù)字會(huì)完全翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生90%的浪費(fèi)。”
您能否說(shuō)說(shuō)Orion使用了多少AM零件?
“我們?yōu)锳rtemis II Orion航天器制造了200個(gè)組件。我使用Artemis時(shí)有100多個(gè)打印件,而以前的版本只有4個(gè)3D打印件。這表明,只有一代航天器之后,我們才能夠使3D打印部件的數(shù)量增加一倍。
用于NASA獵戶座飛船的3D打印鈦金屬零件(圖片來(lái)源:洛克希德·馬丁)
在計(jì)劃于2020年末進(jìn)行的Artemis II任務(wù)期間,我們能看到什么?
“我們的下一個(gè)任務(wù)將在太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)火箭上發(fā)射獵戶座,這將是有史以來(lái)最大的運(yùn)載火箭。明年,我們可以預(yù)計(jì)無(wú)人駕駛服務(wù)模塊將進(jìn)入月球軌道,并在該軌道上停留一個(gè)月,對(duì)所有模塊進(jìn)行大量檢查,這將是新火箭的首次發(fā)射。一旦返回地球,我們將對(duì)其進(jìn)行回收,分解,查看可重復(fù)使用的內(nèi)容,需要做些改進(jìn)的地方,與此同時(shí),我們將為完成Artemis II任務(wù)做好準(zhǔn)備,首批宇航員于2022年飛行。然后,Artemis III將于2024年將宇航員帶到月球軌道上的一個(gè)小型空間站Gateway,然后從那里著陸,這將使第一位女性和下一個(gè)男人登上月球表面。
還有更多對(duì)AM技術(shù)應(yīng)用感興趣的工程師嗎?
“我們目睹了許多學(xué)生和學(xué)者為設(shè)計(jì)領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn),他們進(jìn)入了我們的工程和生產(chǎn)隊(duì)伍,并在該領(lǐng)域做了很多先前的工作,并提出了新的想法和新的想法。能夠利用我們現(xiàn)在提供的工具的能力。”
作為工程師,您如何改變思維方式,以從減法的觀點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ǖ挠^點(diǎn)?
“我們開始設(shè)計(jì)只能通過(guò)增材制造途徑制造的零件時(shí),開始破壞閾值,因此在過(guò)去,我們會(huì)采用為常規(guī)機(jī)器設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,然后將其過(guò)渡到增材制造中世界”,“今天,我們正在生成設(shè)計(jì),我們知道唯一可以通過(guò)AM進(jìn)行制造的方法。航天器的某些部分無(wú)法通過(guò)其他技術(shù)來(lái)完成,例如空心的。”
3D打印的獵戶座對(duì)接艙口蓋(圖片來(lái)源:洛克希德·馬丁)
洛克希德正在使用哪些3D打印技術(shù)?
“我們?yōu)镺rion制作3D打印零件的技術(shù)種類非常廣泛,對(duì)接艙封面是在Stratasys FDM打印機(jī)上制造的,但我們也使用了許多形式各異的金屬粉末床技術(shù)和聚合物技術(shù)”。
3D打印的Orion對(duì)接艙口蓋由PEKK熱塑性塑料制成(圖片來(lái)源:Lockheed Martin)
那么,您認(rèn)為這家航空航天公司的前景如何?
“我們剛剛與NASA簽訂了一項(xiàng)長(zhǎng)期生產(chǎn)合同,即將進(jìn)行六次航天器飛行任務(wù),因此,我相信我們的目標(biāo)是為航天器制造更多的3D打印零件。合同的重點(diǎn)是大幅降低每輛航天器的成本,而主要的方式是通過(guò)使用可重復(fù)使用的Orion乘員組模塊和系統(tǒng),使用先進(jìn)的制造技術(shù),大量采購(gòu)材料和組件以及加快任務(wù)節(jié)奏來(lái)實(shí)現(xiàn)。我認(rèn)為增材制造在降低成本和提高我們飛行頻率方面有很大的作用。”
NASA肯尼迪航天中心完整的獵戶座飛船乘員艙模塊(圖片來(lái)源:洛克希德·馬丁)
由于Artemis I和II火箭的工作進(jìn)展順利,核心階段的組裝幾乎已在Michoud完成,Orion將離開洛克希德,在密西西比州圣路易斯灣附近的NASA斯坦尼斯太空中心進(jìn)行測(cè)試。
中國(guó)3D打印網(wǎng)原創(chuàng)文章!
(責(zé)任編輯:admin)
下一篇:蘇黎世大學(xué)使用3D打印技術(shù)來(lái)開發(fā)法醫(yī)學(xué)取證設(shè)備
- ·NASA與ICON聯(lián)手推進(jìn)太空3D打印:月球基
- ·第八屆醫(yī)院3D打印論壇:個(gè)性化醫(yī)療已成
- ·3D打印巨頭Stratasys收購(gòu)破產(chǎn)企業(yè)Forwa
- ·Nature子刊:3D打印技術(shù)助力可穿戴皮膚
- ·全球兩大3D掃描儀巨頭合并,形創(chuàng)母公司
- ·美國(guó)交通部長(zhǎng)稱,F(xiàn)AA正借助3D打印與eBa
- ·意大利WASP與哥倫比亞大學(xué)合作:3D打印
- ·Formlabs首席執(zhí)行官稱公司陷入中美貿(mào)易
- ·Roblox推出開源Cube 3D模型工具,支持A
- ·Sodick已完成對(duì)金屬3D打印機(jī)制造商Prim