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国内采用微单元包络体结构轻量化设计飞行器结构件尺寸获重大突破

更新时间  2021-08-05 00:38 阅读
本文摘要:晶格/图形结构由于轻巧、高强度比,渐渐沦为航空航天产品设计的宠儿。日前,丹麦公司Adimant利用3D金属打印机技术制作了据传是迄今为止仅次于的金属晶格结构,重1.7公斤,体积134×28×500毫米,用在欧洲仅次于的卫星制造商ThalesAleniaSpace的卫星上。而近期,由中国空间技术研究院使用微单元正弦体(即图形结构)结构展开轻量化设计的飞行器结构件,通过金属3D打印机技术研制成功,尺寸多达了ThalesAleniaSpace的卫星所使用的金属晶格结构。

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晶格/图形结构由于轻巧、高强度比,渐渐沦为航空航天产品设计的宠儿。日前,丹麦公司Adimant利用3D金属打印机技术制作了据传是迄今为止仅次于的金属晶格结构,重1.7公斤,体积134×28×500毫米,用在欧洲仅次于的卫星制造商ThalesAleniaSpace的卫星上。而近期,由中国空间技术研究院使用微单元正弦体(即图形结构)结构展开轻量化设计的飞行器结构件,通过金属3D打印机技术研制成功,尺寸多达了ThalesAleniaSpace的卫星所使用的金属晶格结构。

这标志着国内金属选区熔融3D打印机在成形尺寸无限大、薄壁结构、微单元正弦结构等关键技术方面获得重大突破。今天,我们不但为大家入围此飞行器结构件的真面目,还将揭露其背后的技术难题。(编者注:本案例已取得中国空间技术研究院许可透露,但因保密拒绝,该飞行器的明确用途不便透漏)据报,此飞行器结构件是使用钛合金研发生产、正弦尺寸为长短轴在550至700mm的十字相连椭圆形结构件(外形如图1右图)。

如果使用传统生产工艺生产,零件内部不能为实体结构,重量将低约3公斤,无法符合减肥设计拒绝。为超过减肥的目的,设计人员在零件设计优化过程中创造性地使用轻量化设计,用微单元正弦体结构替换原先的实体结构,这种结构的理论重量近高于实体结构的重量,最后这样一个大家伙成形零件的质量仅有为600余克!让人被迫赞叹于图形结构的神秘魅力(内部结构如图2右图)。图1:飞行器板形状图2:飞行器板结构由于传统生产工艺无法构建这种微单元正弦体结构的生产,最后,通过采行金属3D打印机技术顺利研制出该飞行器结构件。零件的质量仅有为600余克,比起传统生产工艺减肥80%左右。

该钛合金零件体密度仅有为1g/cm3,与水密度非常,减肥效果十分显著,是尺寸取得重大突破的图形轻量化飞行器结构件。众所周知,飞行器一般来说由众多简单零部件包含,而这仅仅只是其中之一。

如果能在更好的零部件特别是在是大型结构件上构建晶格结构及金属3D打印机,升空中的燃料成本将可以大大节约!这对于金属3D打印机在航天航空领域的应用于毫无疑问具备里程碑式的最重要意义。据理解,此飞行器结构件成形使用的金属3D打印机技术为激光选区熔融成形技术。激光选区熔融成型技术成形的零件颗粒性好,需要成形高精度简单异型金属零件。

因其具备的组织颗粒、综合性能优良的特点,在国内外已获得了广泛推崇,并具备一定程度商业化应用于。据项目涉及专家讲解,使用激光选区熔融成形技术成形此结构件的背后,不存在以下技术难题:1、该飞行器结构件尺寸大,正弦体蒙皮壁薄较厚,厚度严重不足0.5mm,且内部为微单元结构,结构尺寸精度拒绝严苛;2、激光选区熔融成形过程中,温度梯度产生的热应力不存在使零件变形的风险;3、正弦体几乎正弦微单元结构,无法通过加到承托来保证悬空的正弦体蒙皮的成形。4、零件整体尺寸较小,远超过国际金属3D打印机厂家一般设备成形尺寸无限大。

5、重量拒绝严苛,实物重量不得多达模型理论重量的3%。为了取得性能优良、颗粒性低的轻量化飞行器结构件,中国空间技术研究院经过大量的工艺研究实验,在大型薄壁微单元正弦体设计方面累积了非常丰富的经验。

而鑫精合团队作为承制方,经过层层技术研制成功,通过金属3D打印机技术顺利研制出这众多尺寸3D打印机轻量化飞行器结构件产品,乘势解决问题该结构件的减肥生产难题。


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