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洛克希德公司访谈:猎户座航天器有200个3D打印组件

时间:2019-11-30 20:27 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
       中国3D打印网11月30日讯,2006年,美国宇航局选择了洛克希德·马丁公司设计,开发和建造“猎户座”飞机,以执行载人和无人飞行任务,这是该机构最新的太空探索太空飞船,最终将把宇航员从地球运送到月球,再返回。作为扩大人类在低地球轨道(LEO)之外的范围,促进太空商业和科学发展的计划的一部分,Artemis(阿尔忒弥斯)计划是人类太空探索的下一步,也是美国宇航局更广泛的月球至火星探测方法的一部分。预计到2022年,猎户座乘员舱将带宇航员乘坐超越LEO的轨道,到达月球并返回,五年后它将把下一批人员运送到月球轨道站。
        NASA的Orion航天器一直在以指数形式使用增材制造技术。洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)和美国国家航空航天局(NASA)最近宣布,已完成为猎头Artemis I任务开发的Orion乘员组和服务模块,该任务使用了100个3D打印零件。在执行Artemis II任务的航天器中,洛克希德公司已开发了近200个3D打印部件。
探索任务1的猎户座乘员舱模块
    探索任务1的猎户座乘员舱模块,在NASA的太空发射系统火箭上发射(图片来源:NASA)
       去年9月,美国国家航空航天局(NASA)与洛克希德(Lockheed)签订了生产和运营6个“猎户座”(Orion)航天器飞行任务的合同。该机构的猎户座生产和运营合同(OPOC)是NASA的不定期限交付,不定数量(IDIQ)合同,用于发布成本加激励费和固定价格订单。最初,美国国家航空航天局以27亿美元的价格订购了三架猎户座飞船,用于阿尔忒弥斯第三至第五次任务。然后在2022年,该机构计划以19亿美元的价格再订购三架“猎户座”航天飞机,用于第六至第八次任务。到2030年,根据IDIQ合同,最多可订购六架Orion航天器,并利用前六个飞行任务的航天器生产成本数据来实现最低的单价。
     洛克希德·马丁公司增材制造实验室经理Brian Kaplun接受采访,下面是部分采访内容:
  增材制造如何帮助创建效率更高的航天器?
   “先进制造的作用之一是要增加我们任何平台(包括Orion)的成本和进度效率,这样做的方式至少要从技术角度保持平价,但在许多情况下可以提高。因此,我们与Orion所做的许多工作都旨在使飞船能够更有效地重用,更具成本竞争力并能更快地交付具有更好技术性能的航天器。例如,我们的对接舱口盖以节省成本和进度的方式进行打印;此外,得益于新型的ESD兼容聚合物(一种防静电塑料),我们还提供了更多的技术性能。 AM是先进制造工具箱中的一种工具,它确实使我们能够实现所有这三个宝贵点。该计划是继续创建我们已经利用的AM组件,并希望增加数量。”
     我们做了很多传统上难以生产的零件,例如结构部件和托架,用于引导气流的不同零件或燃料容器,例如氢燃料箱。此外,在宇航员将在Orion上使用的座椅上,我们3D打印了不同的垫片(位于座椅边缘和宇航员臀部之间的部分),并且根据使用该垫片的宇航员而尺寸各异。
  3D打印零件可以承受太空中最严酷的条件吗?

     “我们完全对我们的任何航天器和平台进行鉴定,这是经过多年的实践而得出的鉴定。 2011年,我们发布了有史以来第一个3D打印零件,这是我们在Juno任务中将其送入太空的那部分,现在这些零件正在环绕地球飞行。因此,正如我们在2011年所做的那样严格,在2019年的最后一刻,我们必须经历并真正使Orion的任何零件合格。更重要的是,在未来的载人任务中,我们将进一步强调这些质量,我们非常有经验。

 您如何选择3D打印零件的设计?
      “我们为客户生产了许多不同的零件,这些零件几乎具有多个形状,因此,如果您查看一些在重量和可生产性方面都针对强度进行了优化的新设计,您会发现它们模仿了骨骼。在您的手臂上就像一种非常进化和有效的支持方法。如果我们看一下已经完成的一些结构性支架,它们看上去几乎是一棵树或一个骨架结构,这是一个非常独特的形态 。但是现在人们已经接受过AM培训,我们注意到存在许多技术上更复杂的设计。我们为Orion制造的某些ESD零件几乎不可能以任何其他方式实现。
  3D打印以何种方式降低了航天器的成本?
     “我们力争将成本降低到50%。去年,我们在整个空间部门印刷了大约6,500个零件。最近,我们甚至使用AM技术开发了用于测试的模型,例如将在Orion上使用的座便器。我们担心这个区域受干扰,因此我们打印了整个厕所样机,然后将其放入飞行器中。该厕所的大小直径2英尺,高3英尺,因此生产起来非常大。”
  洛克希德在3D打印作品时如何考虑可持续性?
      “我们技术的可持续性感到非常自豪。我们的聚合物产品可以根据需要进行回收和再利用,粉末床工艺非常高效,从材料的角度来看,整个行业被认为是非常可持续且具有成本效益的。我们添加过程中的一些浪费可以低于5%。当您将其与某些减法和传统制造应用进行比较时,这些数字会完全翻转,产生90%的浪费。”
  您能否说说Orion使用了多少AM零件?
     “我们为Artemis II Orion航天器制造了200个组件。我使用Artemis时有100多个打印件,而以前的版本只有4个3D打印件。这表明,只有一代航天器之后,我们才能够使3D打印部件的数量增加一倍。
  用于NASA猎户座飞船的3D打印钛金属零件
  用于NASA猎户座飞船的3D打印钛金属零件(图片来源:洛克希德·马丁)
  在计划于2020年末进行的Artemis II任务期间,我们能看到什么?
     “我们的下一个任务将在太空发射系统(SLS)火箭上发射猎户座,这将是有史以来最大的运载火箭。明年,我们可以预计无人驾驶服务模块将进入月球轨道,并在该轨道上停留一个月,对所有模块进行大量检查,这将是新火箭的首次发射。一旦返回地球,我们将对其进行回收,分解,查看可重复使用的内容,需要做些改进的地方,与此同时,我们将为完成Artemis II任务做好准备,首批宇航员于2022年飞行。然后,Artemis III将于2024年将宇航员带到月球轨道上的一个小型空间站Gateway,然后从那里着陆,这将使第一位女性和下一个男人登上月球表面。
  还有更多对AM技术应用感兴趣的工程师吗?
      “我们目睹了许多学生和学者为设计领域做出了贡献,他们进入了我们的工程和生产队伍,并在该领域做了很多先前的工作,并提出了新的想法和新的想法。能够利用我们现在提供的工具的能力。”
  作为工程师,您如何改变思维方式,以从减法的观点转变为加法的观点?
      “我们开始设计只能通过增材制造途径制造的零件时,开始破坏阈值,因此在过去,我们会采用为常规机器设计的产品,然后将其过渡到增材制造中世界”,“今天,我们正在生成设计,我们知道唯一可以通过AM进行制造的方法。航天器的某些部分无法通过其他技术来完成,例如空心的。”

 3D打印的猎户座对接舱口盖

 3D打印的猎户座对接舱口盖(图片来源:洛克希德·马丁)
  洛克希德正在使用哪些3D打印技术?
   “我们为Orion制作3D打印零件的技术种类非常广泛,对接封面是在Stratasys FDM打印机上制造的,但我们也使用了许多形式各异的金属粉末床技术和聚合物技术”。
3D打印的Orion对接舱口盖由PEKK热塑性塑料制成
  3D打印的Orion对接舱口盖由PEKK热塑性塑料制成(图片来源:Lockheed Martin)
  那么,您认为这家航空航天公司的前景如何?
      “我们刚刚与NASA签订了一项长期生产合同,即将进行六次航天器飞行任务,因此,我相信我们的目标是为航天器制造更多的3D打印零件。合同的重点是大幅降低每辆航天器的成本,而主要的方式是通过使用可重复使用的Orion乘员组模块和系统,使用先进的制造技术,大量采购材料和组件以及加快任务节奏来实现。我认为增材制造在降低成本和提高我们飞行频率方面有很大的作用。”
 NASA肯尼迪航天中心完整的猎户座飞船乘员舱模块
  NASA肯尼迪航天中心完整的猎户座飞船乘员舱模块(图片来源:洛克希德·马丁)
      由于Artemis I和II火箭的工作进展顺利,核心阶段的组装几乎已在Michoud完成,Orion将离开洛克希德,在密西西比州圣路易斯湾附近的NASA斯坦尼斯太空中心进行测试。

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(责任编辑:中国3D打印网)

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