היעד – חלקי לוויין בהדפסה תלת ממדית

החלפת חלקי חילוף ממתכת באולטרה פולימרים ללווייני תקשוב

מטרת הפרויקט של קבוצת המחקר הפינית היה בניית חללית קלה יותר שייצורה מהיר יותר.המחקר מתמקד בפיתוח רכיבי פולימר בהדפסה תלת מימדית המתאימים לשימוש בחלל.

השותף של חברת minFactory –  Maker 3D הוא חלק מקבוצת מחקר זו, תפקידו להדפיס בתלת מימד חלקים תובעניים, מאולטרא פולימרים ולספק מומחיות בתחום טכנולוגיות הדפסה תלת מימדית ובתכנון חלקים. המדפסת התלת-מימדית miniFactory Ultra (מיני-פקטורי אולטרא) נבחרה ככלי לביצוע העבודה, היות והיא מאפשרת שימוש במגוון רחב של חומרים בעלי ביצועים מעולים המותאמים לתעשיות תעופת החלל והחלל. מדפסת זו מאפשרת גם לשלב חומרים רבים באותו חלק.

פרויקט זה ששמו HighPEEK  הושק בספטמבר 2019. הפרויקט יישאר פעיל למשך שנתיים. פרויקט זה ייצר בסופו של דבר חלקים ישימים לטכנולוגיית חלל. הפרויקט ממומן על ידי סוכנות החלל האירופית (European Space Agency – ESA).

היות ועלות כל קילוגרם המשוגר לחלל יכול להגיע עד ל- 30,000$, ניתן להשיג חיסכון תקציבי ניכר, אפילו בהפחתות משקל קטנות. מטרת פרויקט המחקר להקטין את משקל החלקים ב- 50% לפחות ולצמצם את זמן הביצוע, מכאןהרעיון הוא להחליף את חלקי המתכת. לפיכך, החומרים בהם הפרויקט משתמש צריכים להיות בכללותם פולימרים בעלי ביצועים גבוהים במיוחד. הדפסה בתלת מימד בחומרים כאלה היא דרך ייצור חסכונית ואפקטיבית ששוק השיגור לחלל מעוניין בה.

"אפשר להשיג את המפרטים הנדרשים על ידי החלפת חלקי מתכת בחומרים טרמופלסטיקס בהדפסת תלת מימד. כאשר חלקים אלה נבדקים בסביבת "רמת מוכנות טכנולוגית 5 (TRL5), הדרישות גבוהות במיוחד.על החלקים להיות עמידים בפני רעידות חזקות, מטעני חשמל ושינויי טמפרטורה מהירים.לפעמים החלקים עשויים להכיל גם מבנים פנימיים לחיווט מעגלים חשמליים. "Joni Kumpulainen, מספר חבר בפרויקט – Maker3D

חלקי לוויין בהתהוות

החלקים שיהיו בשימוש בלוויינים יתמודדו בסביבת חלל כדור הארץ בשילוב עם רעידות ועומסי השיגור.דרישות חשובות נוספות מהחלקים הן שחרור גזים ועמידות בפני קרינת אולטרא סגול (UV).

שתי קבוצות דוגמה של חלקים נבחרו לפרויקט:

  •          מארזים
  •          מבני תמיכה וסוגרים

לקבלת מראה מציאותי, נבחרו כבסיס, חלקים ממתכת ששימשו בפרויקטי לוויין (כגון ARTES), כדי להשוותם לגרסאות אולטרא פולימר שהודפסו בתלת-מימד.

דוגמה אחת של חלק שהודפס בתלת מימד מתוך קבוצת מבני התמיכה והזוויות מודגשת בתמונה לעיל. הזוויות משמשות לקבע לוחות מבנה כוורת רב-תכליתיים.אלה קובעו בדרך כלל על ידי שימוש בלוח זווית פשוט מאלומיניום שהוצמד בבורג למסגרת. למרות שהגרסה המודפסת בתלת מימד נראית מורכבת מאד, היא קלה יותר בשיעור של 59% מגרסת האלומיניום המקובלת.החלק האחרון שהודפס בתלת מימד המודגש בתמונה הודפס כמבנה חלול למחצה דמוי בלוטה (gyroid) בעזרת מילוי פנימי. זה מאפשר הפחתת משקל דרמטית מבלי לפגוע בתכונות המכאניות. החומר ששימש לגרסה המודפסת בתלת מימד הוא PEEK מחוזק בסיבי פחמן.