RUAG 3D 打印卫星部件

用于 RUAG 哨兵卫星的天线托架 - 经认证可在外层空间部署 | 创新故事

对许多人来说，谈到无限浩瀚的宇宙，就会联想到科幻小说的故事，这些故事通常是由好莱坞电影制片厂讲述的。然而，在现实生活中，与其他任何领域相比，太空旅行可以说更需要坚定的意志和清晰的愿景，这对于创造必要的技术并将其部署到宇宙中去至关重要。这就是瑞士技术集团 RUAG 在建造用于从高空观测地球的哨兵卫星时所面临的挑战。即使在地球大气层之外，增材制造也在发挥着关键作用。

从某种程度上说，这也是一种创新：我们能够使部件的重量大大减轻，同时又更加坚固耐用。在航空航天领域进行的必要严格测试中，这些部件的特性证明了它们的价值。在未来几年里，我们将听到更多关于增材制造的消息--我对此深信不疑！

Franck Mouriaux | 结构总经理 | RUAG

挑战

为哨兵卫星生产重量极轻、坚固耐用的天线支架

根据德国航空航天中心（DLR）2016 年的报告，每公斤运输有效载荷的太空探索任务成本高达 2 万欧元以上。由于系统上升所需的燃料更少，因此每节省一克燃料都会降低发射总成本。因此，航天工程师需要从每个部件上尽可能地减少每克重量，因为多余的重量会迅速累积。在这种情况下，瑞士 RUAG 集团需要一个优化设计的天线支架。

然而，仅仅优化重量是不够的。在火箭发射过程中，有效载荷会受到很大的震动，震动程度相当大。

此外，每小时几千公里的巨大速度，更不用说高 G 力了，意味着飞行不会像客机那样平稳。稳定性和刚度是任何规格表上的第二项基本要求。遗憾的是，这一要求通常与轻质设计的需要截然相反。

工程师采用复杂的结构，在外形和重量之间找到一个可行的折衷方案。

由于传统的制造方法已经用尽，RUAG 团队寻求天线支架结构强度和重量的最佳组合。

值得庆幸的是，增材制造为实现必要的自由设计提供了完美的可能性。组件测试是一项特殊的挑战，尤其是因为前面提到的振动。在外太空，可靠性至关重要，因为一般不可能进行维修。这也解释了为什么此类组件的认证是一个漫长而复杂的过程。每一项认证对于获得认证的工程师来说都是一种荣誉。

使用增材制造生产部件，由于其结构复杂，可满足重量和稳定性方面的所有要求

在这种情况下，完整的生产链发挥着重要作用，尤其是在航空航天领域。"RUAG 公司结构部总经理 Franck Mouriaux 解释说："显然，我们对使用增材制造生产部件的巨大优势非常感兴趣。"例如，设计自由度和复杂组件有助于我们减轻重量。集成功能的能力也很有帮助。不过，最终还是要确定这些潜在的优势，以理想的方式加以实施，并获得必要的相应授权。如果不能使用，再简单的组件也没有用"。

天线支架设计的出发点是基本的适用性和刚度测试。下一步包括材料选择、工艺定义和材料特性的初步基本测试。然后构建初始测试结构，作为部件拓扑优化的起点。通过与 Altair 的 CAD 和 FEM 系统进行深入合作，并在 EOS 的指导下使用增材制造进行设计和制造，RUAG 最终实现了理论上完美的天线支架形状。

约 40 厘米长的天线支架是由德国巴勒本的 citim GmbH 公司使用 EOS M 400 生产的。400 x 400 x 400 毫米的制造体积可以在一个订单中生产两根天线、30 个拉伸测试件和各种测试项目。制造时间约为 80 小时。使用的参数设置为层厚 60 微米，优化了表面质量和生产率。

所使用的 EOS Aluminium AlSi10Mg 铝合金具有强度高、抗动态应力能力强的特点，非常适合用于高应力部件。我们进行了全面的测试，以证明其所需的特性--在航空航天领域，这些测试占项目总范围的 80%。测试中使用了专门制造的结构。除其他外，工程师们还在计算机断层扫描中对支架进行了检查。此外，还进行了各种机械和物理程序。有时，对部件施加的应力会故意超过负载极限，最终导致测试件的破坏。