Gumagawa ang welding ng ultrasonic ng mga bahagi para sa mga misyon ng NASA

Ang 3D-print na heatsink para sa CubeSat ay pinagsasama ang aluminyo at isang maliit na piraso ng tanso upang ang init ay maaaring kumalat nang mas pantay sa mukha. Nagawang pagsamahin ni Fabrizon ang mga metal gamit ang mga diskarte na gumagawa ng mga additives na gumagamit ng ultrasonic welding. Kredito: Fabrizonic LLC

Isang pagbabago sa pagmamanupaktura na mayroong mga application NASA ang spacecraft ay inililipat sa pribadong sektor upang suportahan ang iba`t ibang mga industriya sa Earth.

Ang isang pumutok na daanan ng tubig ay palaging mahal at marumi, ngunit ang isang tubo na nabigo sa kalawakan ay maaaring makumpleto ang isang misyon. Iyon ang dahilan kung bakit nagsisikap ang mga technologist ng NASA na gawing maaasahan ang kagamitan hangga’t maaari. Minsan nangangahulugan ito ng pag-abandona sa dating paraan ng pag-uugali at pag-eksperimento sa bagong materyal – o proseso ng pagmamanupaktura.

Ang hamon ay nag-udyok kay Scott Roberts, isang technologist sa NASA’s Southern California Jet Propulsion Laboratory, na bumaling sa isang bagong uri ng hinang sa 3D na industriya ng pag-print. Ginamit na ng pribadong sektor ang diskarteng ito, na tinatawag na paggawa ng mga ultrasonic additives (UAM). Habang gumagawa ng ilang karagdagang mga makabagong ideya, naisip ni Roberts na maaari silang magamit upang madagdagan ang pagiging maaasahan ng mga nagpapalitan ng init – isang kritikal na bahagi ng anumang spacecraft. Ang mga pagpapabuti na ginawa ng isang kumpanya sa proseso ng UAM upang matulungan si Roberts na makabuo ng pinakamahusay na spacecraft ay nagsisimulang magbayad sa mga industriya mula sa aeronautics hanggang sa pagbabarena ng langis.

“Ang mga problemang ginagawa ko ay hindi malulutas ang isang gawain sa isang misyon,” sabi ni Roberts. “Malulutas nila ang isang klase ng mga problema para sa parehong NASA at industriya.”

Ultrasonic welding aluminyo init exchanger

Inalis ng mga diskarteng hinang ng ultrasonic ang pangangailangan para sa mga thermal interface at hardware sa aluminyo na heat exchanger na ginawa ng Fabsonic. Bilang isang resulta, ang heat exchanger ay may bigat na halos 30% at gumagana nang 30% na mas mahusay kaysa sa mga bahagi na ginawa ng tradisyunal na pamamaraan. Kredito: Fabrizonic LLC

Ano ang kinalaman sa pag-print ng 3D sa mga tubo?

Ang temperatura ay isang partikular na kumplikadong problema sa kalawakan, kung saan ang mga sukdulan ay maaaring mag-iba ng daan-daang mga degree. Ang mga nagpapalitan ng init ay tumutulong na mapanatili ang isang matatag na temperatura sa spacecraft sa pamamagitan ng pag-aalis ng labis na init o pag-akit ng higit pa. Ayon sa kaugalian, ang mga aparatong ito ay nagsasama ng isang mahaba, serpentine tube na nakakabit sa isang metal plate na may mga braket at epoxy. Bagaman epektibo ang mga ito, binubuo ang mga ito ng maraming magkakaugnay na mga bahagi, na nagpapakilala ng maraming mga potensyal na punto ng kabiguan.

Gayunpaman, sa paggawa ng mga additive na ultrasonic ang buong aparato ay maaaring mabuo bilang isang buo. Ang pagpopondo para sa Small Business Innovation Research (SBIR) ay ibinigay Si JPL pinayagan si Roberts na makipagtulungan sa Columbus, Ohio, Fabrisonic LLC sa isang bagong disenyo ng heat exchanger. Bilang isang subkontraktor sa Sheridan Solutions LLC, nagsimula ang Fabrisonic sa isang mayroon nang proseso na bumubuo ng maraming manipis na mga layer ng metal, pinagsasama ang mga ito kasama ang mga high-frequency vibration. Upang lumikha ng isang heat exchanger ang isang hubog na channel ay pinutol sa layered metal at pagkatapos ay nakapaloob sa mga karagdagang layer.

Ang bagong disenyo ay pinapalitan ang dose-dosenang mga maliliit na bahagi at koneksyon na maaaring mabigo sa panahon ng isang pangmatagalang misyon o sa matinding kondisyon sa Earth.

I-deploy ang CubeSat

Maaaring gamitin ang CubeSats para sa iba’t ibang mga gawain, ngunit ang kanilang maliit na sukat ay ginagawang isang hamon upang mapaunlakan ang lahat ng mga bahagi pati na rin ang panangga na kinakailangan upang makontrol ang matinding temperatura sa kalawakan. Ang NASA ay interesado sa mga bagong pamamaraan ng paggawa na nagbibigay-daan sa mas mahusay na paggamit ng mga materyales. May-akda: NASA

Paano natutunaw ang mga panginginig ng metal?

Gumagamit ang welding ng ultrasonic ng tunog at alitan upang lumikha ng isang solidong koneksyon sa pagitan ng mga layer ng metal. Nagsisimula ito sa isang manipis na foil na pinindot laban sa isa pang bahagi ng metal, tulad ng base plate. Ang patuloy na presyon at panginginig ng ultrasoniko ay sanhi ng alitan sa pagitan ng mga umuusbong na panig, na lumilikha ng paggalaw ng paggugupit na nagpapataas ng temperatura at tinatanggal ang mga ibabaw na oxide, pinapayagan ang direktang pakikipag-ugnay sa purong metal sa purong metal. Ang resulta ay isang solidong bono ng atomic na hinangin ang mga layer ng metal. Kahit na ang mga layer ng magkakaibang metal ay maaaring isali sa isang solong piraso.

Medyo kaunting init ang kinakailangan dahil ang temperatura ng pagbubuklod ng mga metal ay mas mababa kaysa sa kanilang natutunaw na punto. Ang Fabrisonic ay maaaring mabilis na tiklop ang mga layer hanggang anim na metro kuwadradong, na pinapayagan kang lumikha ng isang item na may kumplikadong geometry sa loob ng ilang araw kaysa sa mga buwan na kinakailangan ng mga tradisyunal na kasanayan sa pagmamanupaktura. Pinapaikli nito ang ikot ng pag-unlad ng spacecraft o pinapabilis ang paggawa ng mga bahagi ng komersyo.

Bakit pagsamahin ang iba’t ibang mga metal?

Ang pagprotekta sa mga elektronikong sangkap mula sa matinding cosmic radiation na maaaring sumira sa kanila ay isang hamon kung ang lahat ng bagay sa spacecraft ay kailangang maging madali. Ito ay isang problema na sinusubukan ni Roberts na malutas gamit ang mga bagong materyales. Ang karagdagang pagpopondo ng SBIR na ibinigay ng NASL Research Center sa Hampton, Virginia, ay nagbayad para sa Fabrisonic sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga layer ng radiation na lumalaban sa radiation sa gitna ng mga bahagi ng aluminyo ng spacecraft.

Hindi tulad ng iba pang mga paraan ng hinang, ang UAM ay hindi humantong sa pagkatunaw at paghahalo ng iba’t ibang mga metal. Maaaring asahan ng mga inhinyero ang mga katangian ng bawat metal upang mapanatili itong hindi nagbabago at gumana tulad ng inaasahan, sinabi ni Mark Norfolk, pangulo ng Fabrisonic. Ipinakita ng kalidad na ito na makakamit ng NASA ang layunin nito – upang pagsamahin ang aluminyo sa tantalum.

Ang kakayahang matunaw ang mga layer ng iba’t ibang mga metal ay mayroon ding mga benepisyo para sa mga customer sa industriya ng langis at gas na umaasa na ngayon sa iba’t ibang mga bahagi ng Fabrisonic para sa pagbabarena, nabanggit ni Norfolk. Ang isa ay mahusay na pagbabarena – isang guwang, manipis na pader na tubo na pinagsasama ang iba’t ibang mga materyales at gumagamit ng mga built-in na sensor.

Bakit naglalagay ng mga sensor sa loob metal

Ang mga bagong fiber-optic sensor ay maaaring makakita ng pagpapapangit ng metal o mahina na mga puntos at mahulaan ang mga posibleng pagkabigo bago maganap. Ngunit ang metal na ginawa ng mga tradisyunal na pamamaraan ay maaaring suportahan ang mga sensor na ito sa labas lamang ng bahagi. Sa pagtatangkang i-embed ang mga ito, ang init na ginamit sa proseso ng pagmamanupaktura ay sisira sa mga marupok na aparato.

Ang isa pang pagpopondo ng SBIR mula kay Langley ay tumulong sa Fabrisonic, muli bilang isang subkontraktor sa Sheridan, subukan ang pagiging epektibo ng mga sensor na itinayo sa loob ng mga bahagi ng aluminyo, gamit ang ultrasonic welding. Matapos ang ilang pagsubok at error upang mahanap ang pinakamahusay na mga sensor para sa isang makabagong aplikasyon, nakakuha ang mga inhinyero ng tumpak na data sa kondisyon at katangian ng metal sa real time. Dahil protektado ang mga sensor, maaari silang gumana sa matitigas na kapaligiran. Ang Oak Ridge National Laboratory sa Tennessee, na nagsasagawa ng pagsasaliksik sa enerhiya at lakas nukleyar, ay matagumpay na gumagamit ng built-in na sensor ng Fabrisonic sa mga pasilidad nito. Sa mga pagsubok sa aeronautics ng NASA, ang mga Fabrisonic sensor na ito ay makakatulong na makita ang mga kahinaan at mga problema sa pagganap sa komersyal na sasakyang panghimpapawid.

Paano kung nais kong i-print ang maliit na mga detalye sa aking sarili?

Samantala, pinondohan ng Marshall Space Flight Center sa Huntsville, Alabama, ang pananaliksik ni Fabrisonic tungkol sa paggamit ng mga modernong materyales na metal at UAM para sa paggawa ng kalawakan, sa oras na ito bilang isang subkontraktor sa ilalim ng kontrata ng SBIR Phase I at II sa isang kumpanya ng awtomatikong makina na tinatawag na Ultra Tech Machinary Inc. . Ang mga inhinyero ng ahensya kasama ang Fabrisonic ay bumuo ng isang maliit na printer ng UAM para magamit sa istasyon ng kalawakan. Inihanda ng kumpanya ang disenyo ngunit hindi alam kung gagana ito. Pinayagan ng mga pagtutukoy ng NASA na lumikha, subukan at pinuhin ang pinakamahalagang sangkap ng printer – isang pinagsamang ulo. Ang bahagi na ito ay nagpapadala ng panginginig ng ultrasonic sa metal strip na ginamit sa printer.

Ang pag-miniatur sa teknolohiyang ito upang makagawa ng mas maliit na mga bahagi ay nag-aalok ng isang mas matipid na diskarte kaysa sa paggamit ng isang pang-industriya na proseso ng UAM. Ang mga benta sa komersyo ng printer ng SonicLayer 1200 ng kumpanya ay nagdala ng $ 1 milyon na kita, na may isang kostumer na gumagawa ng higit sa 70,000 bahagi sa loob ng bahay.

Pinayagan ng tagumpay sa komersyo ang kumpanya na bumuo ng magkakaibang base ng customer at doblehin ito, na tumataas sa 12 empleyado.

“Nang walang SBIR at iba pang suporta ng gobyerno, maaaring hindi napagtagpo ng Fabriconic ang agwat sa pagitan ng pagsisimula at tagumpay sa komersyo,” sabi ni Norfolk. “Pinayagan nito para sa mahalagang pananaliksik at pag-unlad. Ginagawa nitong magagamit ang mahalagang impormasyon, tulad ng data ng mga katangian ng materyal at pag-aaral ng kaso na makakatulong sa pagpapalaganap ng teknolohiya. “

Ang NASA ay may mahabang kasaysayan ng paglilipat ng teknolohiya sa pribadong sektor. Inilalarawan ng publication ng Spinoff ang mga teknolohiya ng NASA na nabago sa mga komersyal na produkto at serbisyo, na ipinapakita ang mas malawak na mga benepisyo ng pamumuhunan ng Amerika sa programang pangkalawakan. Ang Spinoff ay ang paglalathala ng isang programa ng paglipat ng teknolohiya sa NASA’s Office of Space Technology Mission.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.