增材制造有助于生产“改变游戏规则”的纳米卫星

作为英国航天局资助的开创性计划的一部分，谢菲尔德大学先进制造研究中心的金属增材制造工程师设计和开发了一种用于小型卫星的轻型燃料箱。今年每年部署的小卫星数量预计将达到 400 颗左右，比 2016 年增长 300%，市场对大幅扩展其任务能力、延长轨道寿命和降低星座部署成本的需求日益增长。目前的纳米卫星和微型卫星推进剂储存系统要么使用体积效率低但结构坚固的圆柱形和球形储罐。这意味着人们对燃料箱的开发很感兴趣，燃料箱目前是推进系统中最重的部件之一。AMRC 工程师能够生产出一个可行的燃料箱，通过生成设计技术进行优化，以满足重量、强度和体积燃料存储要求。 Abdul Haque，金属增材制造技术负责人，正在检查其中一个增材制造燃料箱原型——图片由 AMRC 提供。由此产生的立方体几何形状——只能通过金属增材制造 (AM) 生产——将燃料箱的重量减轻了更多超过 25%，加上燃料容量比传统球形储罐增加了近三倍。这可能对卫星发射成本产生重大影响，AMRC 金属增材制造技术负责人 Abdul Haque 表示。“发展具有竞争力的小型卫星的推进解决方案是英国太空能力的游戏规则改变者。 MiniTANK 项目为在英国的产品组合中添加关键的小型化、低成本推进技术奠定了基础。”规模卫星.B受到英国航天局探路者计划的支持，其目标是为纳米卫星开发一种轻型、高强度的燃料箱，以最大限度地增加内部体积，同时最大限度地减少质量。AMRC 团队开发的 AM 燃料箱原型——图片由 AMRC 提供。增材制造允许您创建无法通过传统方法制造的复杂形式。 Abdul 解释说：“通过从球体移动到立方体，我们立即增加了储存在燃料箱中的推进剂数量，体积利用率从 60% 增加到 90%。“正如你所期望的那样，球体在结构上更坚固而不是立方体，我们使用拓扑优化工具来优化设计，建议使用加强几何结构来解决一些预期的变形。这是光纤激光器用于选择性地传递热能以将精细金属颗粒区域融合到 f 的地方或形成近净形状 (NNS) 组件。也称为选择性激光熔化 (SLM)，该技术能够创建高度复杂的几何形状，其特征无法通过减材制造工艺实现。这些早期打印展示了油箱内部结构的一些初步想法——图片由AMRC.Abdul 补充说：“我们用钛打印燃料箱，因为它允许我们创建一个轻型结构，因为它的比强度比其他合金高。”减轻重量非常重要。如果您可以将发射负载减轻一公斤，就节省发射成本而言，可能会节省 7,000 至 15,000 英镑。已经进行了 3D 打印，并且正在开发其他几个需要合并到 t 中的组件他整个系统。他们希望在未来进一步打印燃料箱，并进行一些实际的发射测试。”MiniTANK 也有更广泛的影响，正如 Abdul 总结的那样：“尽管这个项目专注于燃料箱——如果你采用系统级方法并对其他组件进行相同的优化——微波发生器外壳、推进系统、连接太阳能电池板的支架、框架——你正在减轻每个装配组件的重量。 “总的来说，这可能会节省更多的材料，所以 MiniTANK 并不是一个孤立的案例，我们应该关注整个卫星系统，以获得 AM 提供的最大好处。”