近距離了解含100個3D打印零件的“獵戶座”飛船

魔猴君  行業(yè)資訊   1832天前

當(dāng)3D打印的高性能零件似乎還沒有來到我們的生活中的時候，這一技術(shù)卻已經(jīng)創(chuàng)建效率更高的航天器，“獵戶座”飛船，是NASA的新型宇宙飛船。是由洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建造的飛船。實(shí)際上由兩個飛行器構(gòu)成，它們分別是：載人探測飛船(CEV)和貨物運(yùn)載火箭(CLV)。“獵戶座”飛船內(nèi)部空間比阿波羅飛船大2.5倍，最多可容納6名宇航員。

本期，一起來近距離了解含100個3D打印零件的“獵戶座”飛船的來龍去脈。

宇宙探索

打開探索極限的極限大門

“獵戶座”飛船一直在以指數(shù)級增長速度使用增材制造技術(shù)。根據(jù)洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）和美國國家航空航天局（NASA）最近宣布的信息，目前已完成為Artemis I任務(wù)開發(fā)的“獵戶座”飛船使用了100個3D打印零件。而在執(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3D打印部件。

“獵戶座”乘員艙模塊

2018年9月，美國國家航空航天局（NASA）與洛克希德（Lockheed）簽訂了生產(chǎn)和運(yùn)營6個“獵戶座”（Orion）航天器飛行任務(wù)的合同。最初，美國國家航空航天局以27億美元的價(jià)格訂購了三架“獵戶座”飛船，在2022年，該機(jī)構(gòu)計(jì)劃以19億美元的價(jià)格再訂購三架“獵戶座”飛船，到2030年，根據(jù)IDIQ合同，最多可再訂購六架“獵戶座”飛船，利用前六個任務(wù)的航天器生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)最低的單價(jià)。

“獵戶座”飛船上使用的金屬3D打印技術(shù)

采用3D打印技術(shù)，可以有效的降低包括“獵戶座”飛船在內(nèi)的開發(fā)成本和進(jìn)度效率，并以此方式實(shí)現(xiàn)洛克希德的技術(shù)進(jìn)步要求，并且3D打印技術(shù)還旨在使得航天器更有效地獲得重用，3D打印更具成本競爭力，并能更快地交付具有更好技術(shù)性能的航天器。

3D打印的“獵戶座”飛船對接艙口蓋由PEKK熱塑性塑料制成。來源：洛克希德 

一個典型的例子是洛克希德3D打印的接艙口蓋可以節(jié)省成本，此外，得益于新型的ESD兼容高分子材料（一種防靜電塑料），3D打印還實(shí)現(xiàn)了更多的技術(shù)性能。

除了降本增效，3D打印還可以實(shí)現(xiàn)很多傳統(tǒng)上難以生產(chǎn)的零件，例如經(jīng)過質(zhì)量優(yōu)化的結(jié)構(gòu)支架和可在整個機(jī)艙內(nèi)引導(dǎo)氣流的管道。洛克希德還3D打印了不同的墊片（在座椅邊緣和宇航員臀部之間的部分），并且根據(jù)使用它的宇航員而設(shè)計(jì)出各種尺寸的墊片。

不過，除了降本增效，一個普遍關(guān)心的問題是3D打印零件可以承受太空中最嚴(yán)酷的環(huán)境條件嗎？

洛克希德經(jīng)過多年的實(shí)踐而得出的鑒定結(jié)論是3D打印的零件可以承受嚴(yán)酷的環(huán)境條件。2011年，洛克希德發(fā)布了有史以來第一個3D打印零件，現(xiàn)在這些零件還在正常使用。而在未來的載人任務(wù)中，洛克希德將進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)這些驗(yàn)證零件的重要性。這一點(diǎn)不僅僅基于測試，還基于經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)然，激發(fā)3D打印潛力，這其中設(shè)計(jì)是非常重要的。

洛克希德生產(chǎn)了許多不同的零件，這些零件幾乎具有仿生學(xué)的形狀結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)的應(yīng)用在重量和可生產(chǎn)性方面都針對強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化，這種靈感隨處可見，包括對于人體骨骼的模仿就被應(yīng)用到洛克希德已經(jīng)完成的一些結(jié)構(gòu)性支架，

這激發(fā)了更多的想像空間，3D打印在能夠?qū)⒋罅苛慵M合成一個零件，消除了許多緊固件和焊接的需求，并減輕了重量，這對于飛船來說是非常重要的進(jìn)步。設(shè)計(jì)師正在使用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與3D打印的結(jié)合可以說是相輔相成。航天器的某些部分無法通過其他技術(shù)來完成，例如空心的復(fù)雜零件，這些零件通過創(chuàng)成式與3D打印的結(jié)合以不可思議的方式被創(chuàng)造出來。

在3D打印技術(shù)的作用下，洛克希德力爭將成本降低 50％。去年，洛克希德的整個空間部門3D打印了大約6,500個零件。并且對3D打印技術(shù)的可持續(xù)性感到非常自豪。塑料產(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，從材料的角度來看，3D打印技術(shù)是非?？沙掷m(xù)且具有成本效益的。洛克希德發(fā)現(xiàn)經(jīng)常可以通過3D打印將材料的浪費(fèi)控制在低于5％的水平，而當(dāng)將其與某些減材和傳統(tǒng)制造應(yīng)用進(jìn)行比較時，這些數(shù)字會完全翻轉(zhuǎn)，有時候傳統(tǒng)制造技術(shù)甚至?xí)a(chǎn)生高達(dá)90％的材料浪費(fèi)。

“獵戶座”飛船是目前唯一一個真正的探索級航天器的航天器。它與眾不同，具有前所未有的獨(dú)特功能，而3D打印正在為“獵戶座”飛船探索更多極限。