超声波叠加制造帮助保持电子空间热

NASA喷气推进实验室需要以不同方式建立热管理系统保护卫星和流水流电子解决方案出自超声波叠加制造

Mark Norfolk,FabrisonicLC和AJ.mastropitro喷气推送实验室,加利福尼亚理工学院

金属、冷媒和管子并非添加制造常态组件JPL使用这些组件并不少见遍历地球大气层的每一次任务都需要无数临界热系统来避免敏感电子太热或太冷JPL需要低权热交换器(HX),当然它需要快速设计

复元技术超声波叠加实现通过多年度努力,Fabriscoy协同JPL测试UAM技术打印高性能热管理设备最终结果通过美国航天局严格测试振动、热性、高度性和爆破需求

JPL构建热交换器,像火星好奇路由时使用那样,通过管循环冷媒保护电子产品免入危险冷境,例如当火星夜间温度下降-140华氏度时,并拒绝白天放射性同位素电源超热

数十年来,这些卫星和流水流热管理系统一直限于沿车辆结构外嵌入的斜金属管JPL启动时使用CNC压合结构正方格(薄板薄肋骨),流水从管状抽取热冷关键组件数十年来,设计一直是首选方法 因为它强健并有长存飞行遗产环氧系统差导热器 求解法重 单系统生产可耗时九个月

2014年1月,为寻找更好的解决方案,NASAJPL授予3D金属打印Fabrisonic初始种子资金证明求更好的解决方案概念后继建立三维金属打印热交换器的可行性后,2015年6月和2016年6月提供后续供资(PHI和PHIISBIR)。通过这些程序,Fabrisocie开发泵流热交换器NASAJPL3D金属打印

超声波叠加制造

超声波叠加制造技术混合三维金属打印技术使用高频超声波刷新金属块堆积UAM打印头合并成标准CNC机械中心-并合组成混合加法制造过程单靠传统制造无法复制的复杂内部几何超声波合并是一个固态过程,可直接打印“硬性”铝合金,例如6061和7075由于过程不热过250摄氏度F(远小于熔化)后保留进料化学、粒子结构及物性

图形描述UAM典型热交换器所用的步骤

1. 进程可先打字板或打印层优化构建时间,UAM通常从最大基数开始,因此只打印最终结构的一部分
2. 各种工具用于磨合通道并分解基底,产生CNC表面补全和CNC精度由于通道从顶部切除, 任何可想象模式都可创建如果通道需要三大维度变化,磨焊可互换生成复杂三维流路径
3. 保证强联通空空,通道填充水分支持材料,与周围金属模模匹配
4. 过量辅助材料切除小槽以方便消除支持
5. UAM可焊接多层金属(典型为0.006嵌入/层)UAM可最小化到0.020上方几英寸流经
6. 塔普水分解辅助材料,留下干净平滑通道表面
7. 同其它添加技术一样,热静脉按压合并3D打印期间留下的任何漏洞
8. 需要时可应用标准热处理时间表

NASA热交换器需要不锈钢配件丰度使用另一种固态焊接过程 摩擦焊接 直接集成三维打印结构

最后一步是最终编程实现薄管墙和结构元件设计

结果

整段程序中 数十个不同的热交换器 建测试

程序顶端由三维打印热交换器测试包括:

• 热循环从-184摄氏度至248摄氏度
• 证明压力测试330PSI
• 液氮沉浸热休克测试
• 维贝测试模拟土星V发射x、y和z向导,同时锁定假质量模拟典型托管电子打包
• Burst测试2500PSI加0.030墙厚度
• 三维计算托盘扫描
• hium泄漏测试小于1x10-8GHEsc/sec

三大热交换器都用飞色通过所有测试

团队对当前生产标本与等效UAM设计进行了案例研究,结果相当令人鼓舞:

EpotiyTube样板等价UAM样板

热设计:天花管(低热管)构件

Part Count:               40+                                                                 1

Total Mass:              1.82 Kg                                                          1.26 Kg

Lead Time:               2-months                                                      2-weeks (no tooling)

工作流体与电子包套接合估计高25%-30%,原因是消除环氧

技术前景

NASAJPL开发方法快速推广到其他商业生产应用通道宽度介于0.020大于一英寸,零件长度达四尺帮助技术应用团队探索其他关键领域举例说,UAM固态性质允许用户将多金属合并成一体由此可见,铜可合并成临界点热传播器,提高热性能,小量罚款UAM还具备将传感器嵌入固金属的能力,因为其低温性质对HX而言,这意味着传感器可整合关键位置以改善控制并监控系统健康

乱调
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Acknowledgments:作者想感谢NASA空间技术任务局DEBR项目管理办公室(参考合同NNX16CP13C)及其小型航天器技术项目管理办公室促成这项工作。部分研究还在加利福尼亚理工学院喷气推进实验室根据与国家航空航天局的合同展开。

引用

mastropitroAJ.Pauken、Michael、Hofmann、Douglas、D'Agostino、Saverio,“热拒绝系统ULTASADTIPE

Sunada,Eric和Rodrigues JPL高级热控制技术路径图

Maghsoudi Elham MastropitroRoberts Scott和Kinterbledle,3D打印光热交换器对传统制热交换器实验性热比较,Spacecraft热控制工作坊,El Segundo CA,2017年3月

mastropitroARoberts Scott、Hofmann、Douglas、Maghsoudi Elham和Luong Simon,“NASA开发复杂热交换器易用编译程序”,推广安全维系会议,菲尼克斯AZ,2017年5月

安德森 卢卡斯 斯文森 查尔斯 马斯特罗皮特罗. Maghsoudi Elham,Luong,Simon,Hofmann,Douglas and Roberts,Scott,Scott,“动态CryoCUPSat项目:设计与状态”,小型卫星会议,Logan,UT,2017年8月

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文件基础:三维打印法加法制造法
标签用法 :乱调

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