Ultrazvukové svařování připravuje díly pro mise NASA

Tento 3D tištěný radiátor od společnosti CubeSat kombinuje hliník – trochu mědi, aby se teplo rovnoměrně šířilo po tváři. Fabrisonic dokázal kombinovat kovy pomocí technik aditivní výroby pomocí ultrazvukového svařování. Půjčka: Fabrisonic LLC

Inovace výroby, pro které existují aplikace NASA Kosmické lodě se přesouvají do soukromého sektoru na podporu různých průmyslových odvětví na Zemi.

Výbuch hlavního radaru je vždy drahý: nepořádek, ale neúspěšná trubice ve vesmíru může misi dokončit. Proto technologové NASA usilovně pracují na tom, aby byla kosmická loď co nejspolehlivější. Někdy to znamená seškrábat starého koně, aby udělal práci, vyzkoušet úplně nový materiál nebo falešný proces.

Tato výzva podnítila Scotta Robertsa, technologa v Jet Propulsion Laboratory NASA v jižní Kalifornii, k použití nového typu svařování v průmyslu 3D tisku. Soukromý sektor již používal tuto techniku ​​zvanou ultrazvuková aditivní výroba (UAM). S některými dalšími inovacemi Roberts věřil, že by mohl být použit ke zvýšení spolehlivosti výměníků tepla, což je důležitá součást každé kosmické lodi. Společnost, která se podílela na procesu UAM, aby pomohla Robertsovi postavit lepší kosmickou loď, nyní začíná dělat změnu v tomto odvětví, od letectví po těžbu ropy.

„Problémy, na kterých pracuji, nevyřeší jeden problém pro jednu misi,“ řekl Roberts. „Chystají se vyřešit řadu problémů jak pro NASA, tak pro průmysl.“

Ultrazvukový svařovací hliníkový výměník tepla

Ultrazvukové svařovací techniky eliminovaly potřebu tepelných rozhraní a zařízení pro tento hliníkový výměník tepla od společnosti Fabsonic. Výsledkem je, že výměník tepla váží téměř o 30% méně և má o 30% lepší výkon než díly vyrobené tradičními metodami. Půjčka: Fabrisonic LLC

Co má 3D tisk společného s tubami?

Teplota prostoru je obzvláště obtížným problémem v prostoru, kde se extrémy mohou lišit o stovky stupňů. Výměníky tepla pomáhají udržovat stabilní teplotu uvnitř kosmické lodi tím, že odstraňují přebytečné teplo nebo více natírají. Tradičně tato zařízení zahrnují dlouhou tlumičovou trubku připojenou k kovové desce s epoxidovými držáky. I když jsou účinné, skládají se z mnoha vzájemně propojených částí, které představují mnoho potenciálních bodů selhání.

S výrobou ultrazvukových přísad však lze celé zařízení zpracovat v jednom kuse. Poskytnuto financování inovačního výzkumu pro malé podniky (SBIR) JPL: umožnil Robertsovi spolupracovat na novém projektu výměníků tepla se společností Columbus, Fabrisonic LLC, Ohio. Jako subdodavatel společnosti Sheridan Solutions LLC začala Fabrisonic s existujícím procesem, který akumuloval mnoho tenkých vrstev kovu a spojoval je s vysokofrekvenčními vibracemi. Pro vytvoření převaděče je zakřivený kanál vyrytý do laminovaného kovu a poté připevněn pod další vrstvy.

Nový design nahrazuje desítky spojů malých částí, které mohou selhat při dlouhodobých misích nebo extrémních podmínkách na Zemi.

Instalace CubeSat

CubeSats lze použít k nejrůznějším úkolům, ale jejich malá velikost ztěžuje přizpůsobení všem součástem, stejně jako štít potřebný k řízení extrémní teploty prostoru. NASA se zajímá o nové výrobní metody, které nám umožní efektivněji využívat materiály. Půjčka: NASA

Jak mohou vibrace roztavit kov?

Ultrazvukové svařování využívá zvukové tření k vytvoření pevné vazby mezi kovovými vrstvami. Začíná to na jiné kovové součásti lisované tenkou fólií, jako je základní deska. Konstantní tlak – ultrazvukové rázy způsobují odpor mezi stranami – vytváří řezný pohyb, který zvyšuje teplotu – odstraňuje povrchové oxidy a umožňuje přímému kontaktu čistého kovu s čistým kovem. Výsledkem je silná atomová vazba, která spojuje kovové vrstvy dohromady. Na jeden kus lze připojit i různé kovové vrstvy.

Je zapotřebí relativně málo tepla, protože teplota lepení kovů je výrazně nižší než jejich teplota tání. Fabrisonic dokáže rychle kombinovat vrstvy o velikosti až šesti čtverečních stop, což umožňuje vytvořit složitý geometrický kus během několika dní, nikoli měsíců, které vyžadují tradiční postupy kování. Tím se zkrátí vývojový cyklus kosmické lodi nebo se zrychlí výroba komerčních dílů.

Proč kombinovat různé kovy?

Je obtížné chránit elektronické součástky před intenzivními kosmickými paprsky, které by je mohly zničit, když by vše na kosmické lodi mělo být světlo. To je jeden problém, který se Roberts snaží vyřešit pomocí nových materiálů. Další financování SBIR, poskytnuté výzkumným střediskem NASA v Langley v Hamptonu ve Virginii, zaplatilo společnosti Fabrisonic za přidání kovových tantalových vrstev odolných proti záření do středu částí hliníkové kosmické lodi.

Na rozdíl od jiných typů svařování UAM nezpůsobí zkapalnění nebo smíchání různých kovů. Inženýři se mohou spolehnout, že vlastnosti každého kovu zůstanou silné a budou fungovat podle očekávání, říká Mark Norfolk, prezident společnosti Fabrisonic. Tato kvalita ukázala, že NASA může dosáhnout svého cíle kombinovat hliník s tantalem.

Norfolk poznamenal, že schopnost sloučit vrstvy různých kovů má také výhody pro zákazníky nafty a plynu, kteří se nyní při vrtání spoléhají na různé části společnosti Fabrisonic. Jednou z nich je vrtací trubka – dutá tenkostěnná trubka, která kombinuje různé materiály – využívá vestavěné senzory.

Proč instalovat senzory? uvnitř kov?

Nové senzory z optických vláken dokážou detekovat namáhání nebo slabosti kovů և Předvídejte možné poruchy dříve, než k nim dojde. Kov vyrobený tradičními metodami však může podporovat tyto senzory pouze na vnější straně dílu. Pokus o jejich import by ohřál citlivá zařízení použitá ve výrobním procesu.

Další Langleyho financování od SBIR pomohlo Fabrisonickovi, opět subdodavateli Sheridan, otestovat účinnost senzorů zabudovaných do vnitřku hliníkových dílů pomocí ultrazvukového svařování. Po několika pokusech a omylech za účelem nalezení nejlepších senzorů pro tak inovativní aplikaci byli inženýři schopni získat přesná data o zdraví a výkonu kovu v reálném čase. Protože jsou senzory stíněné, mohou pracovat v drsném prostředí. Tennessee Oak Ridge National Laboratory, která provádí energetický a jaderný výzkum, úspěšně využívá senzory Fabrisonic zabudované do svých zařízení. V leteckých testech NASA pomáhají tyto senzory Fabrisonic detekovat slabosti a pracovní problémy na komerčních letištích.

Co když chci tisknout malé části sám?

Současně Marshall Space Flight Center v Huntsville v NASA v Alabamě financovalo výzkum společnosti Fabrisonic s využitím pokročilých kovových materiálů pro výrobu vesmíru UAM. Machinery Inc. Inženýři agentury ve spolupráci s Fabrisonic vyvinuli malou tiskárnu UAM pro použití ve vesmíru. Společnost již vytvořila návrh, ale nevěděla, zda to bude fungovat. Specifikace NASA umožnily sestavit, otestovat a vylepšit nejdůležitější součást tiskárny – svařovací hlavu. Tato část přenáší ultrazvukové vibrace na kovovou pásku použitou v tiskárně.

Pro výrobu menších dílů nabízí miniaturní technologie této technologie nákladově efektivnější přístup než použití průmyslového procesu UAM. Společnost vygenerovala komerční prodej 1 milion dolarů z tiskárny SonicLayer 1200, přičemž jeden zákazník vyrobil více než 70 000 interních dílů.

Obchodní úspěch společnosti jí umožnil rozvíjet různorodou zákaznickou základnu dvojnásobné velikosti, která se stala 12 zaměstnanci.

„Bez další vládní podpory SBIR by Fabrisonic možná nepřekročil propast počátečního komerčního úspěchu,“ řekl Norfolk. „Poskytlo to příležitost pro důležitý výzkum a vývoj. Poskytuje informace, jako jsou údaje o popisu materiálu, případové studie, které pomáhají šířit technologii. “

NASA má dlouhou historii přenosu technologií do soukromého sektoru. Publikace agentury Spinoff popisuje technologie NASA, které byly transformovány na komerční zboží a služby, a ukazuje větší výhody amerických investic do jejího vesmírného programu. Spinoff je publikace programu přenosu technologií na misi kosmických technologií NASA.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.