Европейское космическое агентство поддерживает проект бесфрикционной передачи, напечатанной на 3D-принтере

Aug 13, 2023

Уже открыты номинации на премию 3D Printing Industry Awards 2023. Кто является лидерами в области 3D-печати? Узнайте 30 ноября, когда победители в двадцати категориях будут объявлены во время церемонии награждения в Лондоне.

Швейцарский центр электроники и микротехнологий (CSEM) сотрудничал со специалистами по 3D-печати металлами 3D Precision and Space и Naval SME Almatech SA для разработки, 3D-печати и тестирования совместимого механизма уменьшения вращения (CRRM).

CRRM, напечатанный на 3D-принтере «все в одном» из высокоэффективной нержавеющей стали, представляет собой «совместимый с механизмом» механизм без трения.

Система зубчатых передач предназначена для обеспечения точного вращения компонентов аэрокосмической отрасли, таких как двигатели, датчики, линзы или зеркала телескопов, без необходимости смазки. Для достижения этой цели CRRM использует изгиб, или «упругую деформацию», и включает в себя 24 сгибаемых лопасти, 16 из которых взаимосвязаны.

Проект под названием «COMAM» стартовал в 2018 году и финансировался Программой общей поддержки технологий Европейского космического агентства (ESA) (GSTP). Разработанный CSEM, CRRM был напечатан на 3D-принтере компанией 3D Precision, а тесты производительности провела Almatech SA.

«Деформируемые и жесткие части собраны вместе в одну монолитную конструкцию, что позволяет избежать трудоемкой сборки и выравнивания», — пояснил технический директор ЕКА Паоло Залтрон. «Их необычные формы раздвинули границы технологий аддитивного производства и являются результатом передовых методов оптимизации, которые приводят к беспрецедентно высокой гибкости и малой массе».

3D-печать бесфрикционной шестерни

В космической технике использование смазки может привести к нежелательному загрязнению деликатных систем и вызвать износ, что может сократить общий срок службы компонента. Таким образом, механизмы без трения, не требующие смазки, особенно привлекательны.

Хотя совместимые механизмы хорошо известны в космической технике и часто используются там, где требуется движение с нулевым трением, их проектирование и производство являются сложной задачей. Это связано с тем, что эти механизмы имеют сложную архитектуру и состоят из различных точных деталей, которые традиционно обрабатываются, проверяются, выравниваются и фиксируются вместе.

Аддитивное производство дает значительные преимущества при производстве этих механизмов, включая свободу проектирования и возможность изготавливать сложные монолитные формы без каких-либо требований к сборке. Действительно, утверждается, что интеграция CRRM из 24 гибких лопастей для формирования скрещенных шарниров и восьми промежуточных ступеней была бы невозможна в таком небольшом объеме без использования аддитивного производства. Более того, благодаря преимуществам 3D-печати для обеспечения правильной кинематики не требуется выравнивания между изгибающимися конструкциями.

Для разработки механизма команда объединила параметрическую и топологическую оптимизацию. Говорят, что эта комбинация значительно улучшила массу и собственные частоты детали, обеспечив первую собственную моду более 550 Гц. В конечном счете, CRRM позволяет уменьшить вращательное движение в 10 раз, что особенно полезно для механизмов сканирования, наведения, калибровки или поворотного зеркала.

Хотя общие результаты этого проекта рассматриваются как «очень обнадеживающие», результаты испытаний производительности и срока службы пострадали из-за искажений двух изготовленных и протестированных моделей широкополосных плат.

Полные результаты процесса испытаний и дополнительная информация о разработке и производстве CRRM доступны в журнале CEAS Space Journal.

3D-печать аэрокосмических компонентов

Использование аддитивного производства для производства компонентов аэрокосмической отрасли не является чем-то новым. Ранее в этом году было объявлено, что австралийский специалист по теплопередаче Conflux Technology заключил партнерское соглашение с немецким производителем космических ракет Rocket Factory Augsburg (RFA) для внедрения своей технологии теплообменников Conflux, напечатанной на 3D-принтере, в орбитальную ракету.