Części sztucznych satelitów produkowane w technologii druku 3D

W artykule tym przedstawimy, jak zaawansowana technologia druku 3D odgrywa kluczową rolę w produkcji komponentów kosmicznych oraz jak BIBUS MENOS, jako dystrybutor rozwiązań EOS GmbH na polskim rynku, może pomóc firmom z sektora przemysłowego we wdrażaniu takich innowacyjnych technologii.
 

Wyzwanie: Ekstremalne wymagania przemysłu kosmicznego

Eksploracja kosmosu to jedno z najbardziej zaawansowanych i wymagających przedsięwzięć, jakie kiedykolwiek podjęła ludzkość. W branży kosmicznej każdy gram masy komponentu ma ogromne znaczenie. Zgodnie z raportem Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR), transport jednego kilograma ładunku na orbitę może kosztować ponad 20 000 euro, co czyni redukcję wagi jednym z najważniejszych aspektów projektowania komponentów satelitarnych.
 
Firma RUAG, która zajmuje się projektowaniem i produkcją systemów kosmicznych, potrzebowała uchwytu antenowego do satelity Sentinel, który nie tylko byłby maksymalnie lekki, ale również wytrzymały na ekstremalne warunki panujące podczas startu rakiety oraz lotu w przestrzeni kosmicznej. Starty rakiet generują ogromne przeciążenia i wibracje, a komponenty są narażone na gwałtowne zmiany ciśnienia i temperatury, co wymaga, aby każdy element spełniał rygorystyczne normy wytrzymałości.
 
W tradycyjnych metodach produkcji, redukcja wagi często prowadzi do obniżenia stabilności i wytrzymałości komponentu. W przypadku uchwytu antenowego, inżynierowie RUAG stanęli przed wyzwaniem znalezienia optymalnej równowagi między wagą a stabilnością. Tradycyjne metody produkcji, takie jak obróbka ubytkowa, osiągnęły swoje granice i nie mogły spełnić tych specyficznych wymagań.
 

Rozwiązanie: Druk 3D jako klucz do maksymalizacji wydajności i minimalizacji wagi

Zaawansowany projekt uchwytu antenowego został opracowany przy użyciu metody elementów skończonych (MES, ang. FEM – Finite Element Method), co pozwoliło na precyzyjną optymalizację kształtu komponentu. Projektanci mogli skupić się na zwiększeniu stabilności i równomiernym rozkładzie naprężeń wewnętrznych, co było kluczowe dla zapewnienia wytrzymałości komponentu podczas startu rakiety.

Produkcja uchwytu odbyła się na urządzeniu EOS M 400, które umożliwia wytwarzanie komponentów o wymiarach 400 x 400 x 400 mm w technologii druku 3D z metalu DMLS (Direct Metal Laser Sintering). W jednym cyklu produkcyjnym wyprodukowano dwa uchwyty antenowe oraz 30 próbek testowych, które były niezbędne do przeprowadzenia testów wytrzymałościowych. Cały proces produkcji trwał około 80 godzin, a wykorzystany parametr grubości warstwy wynosił 60 µm, co zapewniło optymalną jakość powierzchni i wydajność produkcji.
 
Do produkcji uchwytu antenowego wykorzystano EOS Aluminium AlSi10Mg, stop charakteryzujący się wysoką wytrzymałością i odpornością na dynamiczne obciążenia, co czyni go idealnym wyborem dla komponentów stosowanych w warunkach kosmicznych. Stop ten jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i kosmicznym, ze względu na jego unikalne właściwości mechaniczne oraz odporność na zmiany temperatur i ekstremalne warunki.
 

Testy wytrzymałościowe: klucz do certyfikacji kosmicznej

Jednym z największych wyzwań związanych z produkcją komponentów kosmicznych jest konieczność przeprowadzenia szczegółowych testów wytrzymałościowych oraz uzyskania certyfikacji do użytku w przestrzeni kosmicznej. W przypadku uchwytu antenowego, inżynierowie RUAG musieli przeprowadzić szereg testów wytrzymałościowych, które obejmowały badania mechaniczne, testy w tomografii komputerowej, a także liczne procedury fizyczne. Część testów celowo przekraczała granice wytrzymałości komponentu, aby sprawdzić, jak zachowa się w ekstremalnych warunkach przeciążeń.
 
RUAG podkreśla, że 80% całkowitego zakresu projektu to testy i certyfikacja komponentu, co pokazuje, jak ogromne znaczenie ma niezawodność i jakość w przemyśle kosmicznym. Każdy komponent, który zostanie wysłany w kosmos, musi przejść rygorystyczne testy, aby mieć pewność, że nie zawiedzie podczas misji, gdyż naprawa w przestrzeni kosmicznej jest w zasadzie niemożliwa.
 
Finalny uchwyt antenowy przeszedł wszystkie testy, a jego minimalne wymagania sztywności zostały przekroczone o 30%, co gwarantuje, że komponent utrzyma idealną pozycję anteny nawet po turbulencjach startowych. Ponadto, dzięki optymalizacji projektowej, uchwyt antenowy jest lżejszy o 40% – jego waga została zredukowana z 1,6 kg do 940 g.
 

Wyniki: Certyfikacja i gotowość do lotu kosmicznego

Dzięki zastosowaniu zaawansowanej technologii addytywnej, uchwyt antenowy opracowany przez RUAG i EOS GmbH uzyskał certyfikację do użytku w przestrzeni kosmicznej, co jest ogromnym sukcesem, biorąc pod uwagę powszechną i często niesłuszną opinię, że zastosowanie druku 3D w kosmosie znajduje się jeszcze na wczesnym etapie rozwoju. Osiągnięte rezultaty, takie jak redukcja wagi i zwiększenie wytrzymałości, przeszły najśmielsze oczekiwania inżynierów i udowodniły, że technologia druku 3D jest przyszłością przemysłu kosmicznego.

Udało nam się połączyć lżejszą konstrukcję z większą wytrzymałością, a komponenty spełniły wymagania przemysłu kosmicznego z niebywałą precyzją. W najbliższych latach usłyszymy jeszcze więcej o technologii addytywnej, jestem tego pewien.
 

– Franck Mouriaux, dyrektor generalny działu konstrukcji w RUAG

BIBUS MENOS – Twój partner w implementacji zaawansowanych rozwiązań druku 3D

Jako dystrybutor rozwiązań EOS GmbH na polskim rynku, możemy odegrać kluczową rolę w dostarczaniu zaawansowanych technologii druku 3D firmom działającym w sektorach lotniczym, kosmicznym i innych wymagających branżach. W BIBUS MENOS rozumiemy, że każda branża ma swoje unikalne potrzeby. Nasze rozwiązania, wspierane przez globalne doświadczenie EOS, pozwalają na realizację najbardziej ambitnych projektów, podobnych do tych, które są realizowane w przestrzeni kosmicznej.