NASA航天器一项3D打印制造创新正在转移到民用领域

　　根据3D科学谷的市场观察，NASA在3D 打印领域使用新型的焊接增材制造已经有很多年的经验。这种被称为超声波增材制造 (UAM) 的技术，还可以用来提高热交换器的可靠性，或者内置感应器在金属零部件中。
　　而根据NASA，在航天器领域的3D打印制造创新正在转移到民用领域。
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　　从航天器到民用
　　超声波3D打印与热交换器有什么关系？
　　温度在太空中是一个特别困难的问题，那里的极端情况可能会有数百度的变化。热交换器通过去除多余的热量或吸入更多热量来帮助维持航天器内部的稳定温度。传统上，这些设备包括一根长的蛇形管道，该管道通过支架和环氧树脂连接到金属板上。虽然有效，但它们由许多相互连接的部分组成，引入了许多潜在的故障点。
　　自2011年以来，Fabrisonic一直在为航空航天、汽车、科研和工业应用生产复杂而精密的金属部件。Fabrisonic是一家与众不同的工业级3D打印机生产商。它的独特之处在于其使用了一种将超声波焊接与CNC结合起来的技术，被称为超声波增材制造（UAM）技术。
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　　超声波焊接利用声音和摩擦力在金属层之间形成固态结合。它首先将薄箔压在另一个金属部件上，例如底板。恒压和超声波振动会在面对面之间产生摩擦，产生剪切运动，从而提高温度并去除表面氧化物，从而使纯金属与纯金属直接接触。结果是将金属层焊接在一起，甚至不同的金属层也可以粘合成一个整体。
　　由于金属的粘合温度明显低于其熔化温度，因此需要的热量相对较少。Fabrisonic 可以将大至 6 平方英尺的层快速拼凑在一起，从而可以在几天内创建具有复杂几何形状的零件，而不是传统制造所需的几个月。这缩短了航天器的开发周期并加快了商业部件的制造。
　　该UAM超声波增材制造工艺能够实现真正冶金学意义上的粘合，并可以使用各种金属材料如铝、铜、不锈钢和钛等。Fabrisonic的方法可以同时＂打印＂多金属材料，而且不会产生不必要的冶金变化。该工艺能够使用成卷的铝或铜质金属箔片制造出带有高度复杂内部通道的金属部件。
　　通过超声波增材制造，整个热交换器可以制作成一个整体。Fabrisonic的工艺通过将金属与高频振动融合在一起来构建多层金属薄层。为了制造热交换器，在分层金属中雕刻出一个弯曲的通道，然后将其封闭在层下。
　　新设计取代了原来的含有数十个小部件和接头的设计，可以更加有效的避免在长期任务或极端条件下出现故障。
　　超声波增材制造用于Cubesat立方体小卫星的故事
　　立方体卫星可用于各种任务，但它们的小尺寸使得安装所有部件以及管理太空极端温度所需的屏蔽成为一项挑战。
　　当航天器上的所有东西都需要轻量化时，保护电子元件免受可能摧毁它们的强烈太空辐射是一项挑战。
　　FBG传感器是一种光纤光栅传感器，可以精准的测量位移、速度、加速度、温度。主要应用在煤矿围岩、桥粱建筑、航空航天、石油化学工业等领域。如果将FBG 传感器嵌入到金属零部件中，这个零部件将成为可以感知温度、速度等变量的智能零部件。
　　与其他形式的焊接不同，UAM 不会导致不同的金属液化和混合在一起。美国航空航天局（NASA）兰利研究中心与Fabrisonic 公司合作，使用Fabrisonic的UAM 3D打印机将FGB 传感器嵌入到金属零部件中，以长期监测零件的应变。
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　　新的光纤传感器可以检测金属应变或弱点并预在它们发生之前确定可能的故障。但是使用传统方法制造的金属只能在零件的外部支持这些传感器。为了嵌入它们，制造过程中使用的热量会破坏精密的设备。
　　Fabrisonic通过超声波焊接测试内置于铝部件内部的传感器的有效性。经过反复试验为这种创新应用找到最佳传感器后，工程师们能够获得有关金属健康和性能的准确、实时数据。由于传感器受到保护，它们可以在恶劣的环境中工作。
　　打印小零件，向民用领域跨界
　　一家名为 Ultra Tech 的机器自动化公司与Fabrisonic 合作开发了一种用于空间站的UAM 打印机。与原来的大型的UAM 工艺相比，这种技术通过小型化以制造更小的零件，这是更具成本效益的方法。目前这种小型的 SonicLayer 1200 3D打印机的商业销售已经产生了 100 万美元的收入，其中一个用户在内部生产了 70,000 多个零件。
　　NASA 在向民用领域转让技术方面有着悠久的历史，从NASA的航天技术孵化出来的民用领域的企业已经形成一定的气候，这也显示了美国NASA对其太空计划进行投资所衍生出来的更广泛的利益。
　　l 文章来源：3D科学谷内容团队
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