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极光尔沃:美国毅力号火星车成功着陆,安装了11个3D打印金属部件

发表时间:2021-02-20     责任编辑:极光尔沃

       美国宇航局(NASA)的 "毅力号"火星车,在经过几亿公里的飞行后,于2021年2月18日安全、完美地准时降落在火星表面,并且传回了第一张火星照片。其中,最令我们激动的是,火星车上安装了11个用3D打印技术制作的金属部件,这些部件经历了重重考验,最终到达火星,并将在后续的火星探索过程中继续发挥作用。

△毅力号火星探测器着陆演示


△毅力号火星探测器传回的第一张火星照片


        现在,让我们来揭秘一下在“毅力号”火星车上的那些3D打印部件。

3D打印史上最先进的火星车

        3D打印技术可以让工程师们制造出独特的设计和性能,比如让硬件更轻、更强,或者对热或冷的反应更灵敏。

      “毅力号”火星车的前身“好奇号”,是第一个将3D打印部件带到火星的。它在2012年着陆时,探测器的火星样品分析(SAM)仪器内有一个3D打印的陶瓷部件。此后,NASA继续测试3D打印在航天器中的使用,以确保零件的可靠性。

        美国宇航局喷气推进实验室(JPL)快速成型制造小组负责人Andre Pate说:"这些3D打印部件飞往火星是一个巨大的里程碑,为航天工业中的增材制造打开了更多的大门。"“毅力号”的3D打印部件如果不能按计划工作,也不会危及任务。

△毅力号火星车


3D打印PIXL的外壳

       在前往火星的11个3D打印部件中,有5个在 "毅力号"的PIXL仪器中。这个饭盒大小的设备是X射线岩石化学行星仪器,它通过向岩石表面发射X射线束进行分析,帮助火星车寻找微生物生命化石的迹象。

       PIXL与其他工具共享空间,位于火星车7英尺长(2米长)机械臂末端的88磅(40公斤)旋转炮塔中。为了使这个仪器尽可能地轻巧,JPL团队将PIXL的两片钛壳、一个安装框架以及将外壳固定在机械臂末端的两个支撑支柱设计成中空结构,而且壁极薄。事实上,这些部件由一家名为Carpenter Additive的供应商进行3D打印,质量比传统生产方式的轻三四倍。

      首席机械工程师Michael Schein说:"3D打印使这个仪器成为可能,这些技术让我们实现了传统制造无法实现的轻质量和高精度。"

△美国宇航局的 "毅力号 "火星车上的仪器之一PIXL的外壳包括几个由3D打印钛制成的部件,插图显示了它两片式外壳部分的前半部分


MOXIE中的3D打印热交换器

       "毅力号 "火星车的其他6个3D打印部件在 "火星氧气原位资源利用实验 "仪器中,简称MOXIE。这个设备将测试新的技术,未来可以生产工业数量的氧气,在火星上制造火箭推进剂,帮助宇航员发射回地球。

      为了制造氧气,MOXIE将火星空气加热到近1500华氏度(800摄氏度)。设备内有六个热交换器:巴掌大小的镍合金板,保护仪器的关键部件不受高温影响。

      传统的机械加工热交换器需要由两部分组成并焊接在一起,而MOXIE的每一个热交换器都是在加州理工学院作为单件3D打印出来的。


       帮助开发热交换器的材料工程师Samad Firdosy说:"这类镍部件被称为超合金,因为它们即使在非常高的温度下也能保持强度,超合金通常出现在喷气发动机或发电涡轮机中。它们的抗腐蚀能力非常好,即使在真正的高温下也是如此。"

       虽然新的制造工艺提供了便利,但3D打印机铺设的每一层合金都会形成孔隙或裂缝,从而削弱材料的强度。为了避免这种情况,这些板材在热等静压机、气体粉碎机中进行处理,它能将材料加热到超过1832华氏度(1000摄氏度),并在零件周围均匀地增加强大的压力。然后,工程师使用显微镜和大量的机械测试来检查热交换器的微观结构,并确保它们适合太空飞行。

        目前,3d打印技术不断应用于航天航空领域,极大的增加了3d打印技术的应用价值,相信以后将会在此领域应用的更加广泛,更好的服务于航天科技领域。

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