NASAは高エネルギーの熱源を必要とせず、アルミニウムや銅などの複数の材料の統合3D印刷を実現します
最近、NASAのジェット推進研究所（JPL）は、レーザーや電子ビームに基づくプロセスとは異なる添加剤製造プロセスを使用して、アルミニウム合金宇宙船用の熱交換装置を製造しました。 新しく設計された熱交換器は、長期の任務や極端な条件下で故障する可能性のある数十の小さな部品やジョイントを置き換え、宇宙用途だけでなく、石油掘削や航空などの分野でも潜在的な利点があります。 NASA JPLの技術専門家は、このプロセスはタスクの問題だけでなく、NASAと業界の一種の問題も解決できると述べました。 このプロセスは、Fabrisonicによって導入されたUltrasonic Additive Manufacturing（UAM）テクノロジーです。
超音波積層造形は、アルミニウム合金熱交換器の全体的な製造を実現します
超音波積層造形の技術原理
超音波アディティブマニュファクチャリング（UAM）は、高周波振動波を使用して溶接対象の2つの物体の表面に伝達する、従来の「超音波溶接」プロセスに基づいています。圧力下で、2つの物体の表面をそれぞれにこすりつけます。層間の分子融合を形成するための他。そして、この溶接方法を3Dプリンターに適用すると、この新しい3D印刷プロセスである「超音速積層造形」が実現します。
https://www.htrlaser.com/product-p1512832.html
超音波積層造形の原理
超音波積層造形は、異なる金属間の冶金学的結合を実現できます
超音波積層造形は、真の冶金学的融合を実現できる材料として金属フレークを使用し、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、チタンなどのさまざまな金属材料を使用できます。 UAMの製造プロセスには、超音波による金属シートの層ごとの連続溶接が含まれ、機械的処理を使用して、指定された3D形状を実現して固体金属オブジェクトを形成することがあります。 UAMは、加法混色と減法混色の処理機能を組み合わせることで、深い溝、くぼみ、グリッド状またはハニカム状の内部構造、および従来の減法混色製造プロセスでは通常は完成できないその他の複雑な幾何学的形状を製造できます。さらに、この技術の重要な利点は、マルチメタル部品を製造できることです。
世界最強のレーザーポインター
超音波積層造形は、複数の材料を統合したコンポーネントを製造します
2011年の設立以来、FabrisonicはNASAと何度も協力してきました。 2018年、FabrisonicとNASA JPLは、超音波積層造形を使用して3Dプリント熱交換器を製造する方法の調査を開始しました。当時、3Dプリントされたコンポーネントは、NASAの品質管理テストに合格し、宇宙で使用できると見なされていました。今年の初め、NASA JPLは、Fabrisonic機器を使用して、衛星用のより価値のある3Dプリント熱交換器を開発したことを発表しました。
3Dプリントされたヒートシンクは、アルミニウムと銅の2つの材料で構成されており、表面全体により均一に熱を分散させることができます。
宇宙では、極端な温度は数百度変動する可能性があります。熱交換器は、熱を吸い込んだり放出したりすることで、宇宙船内の安定した温度を維持するのに役立ちます。熱交換器には通常、フローチャネルが組み込まれており、ブラケットとエポキシ樹脂で金属板に接続されています。従来、熱交換器は複数の相互接続された部品で構成されているため、機器に多くの潜在的な障害リスクが発生します。NASAJPLは、統合された熱交換器を3DプリントするためにUAMテクノロジーを使用することを選択しました。
UAMテクノロジーで3Dプリントされた大型熱交換器
事実は、全体的な製造がコンポーネントの信頼性を大幅に改善し、長期の宇宙ミッションまたは極端な地球条件下での故障の可能性を減らすことができることを証明しています。 3Dプリントされた熱交換器も性能を向上させます。従来の方法で製造された熱交換器と比較して、重量が約30％削減され、性能が30％向上します。さらに、この技術により、この複雑な構造の部品の製造が数日で完了し、NASAの宇宙船の開発サイクルが短縮されました。
内部チャネルを備えたアルミニウム-銅複合部品
NASA JPLは、アルミニウムと銅の統合製造に加えて、FabrisonicのUAMテクノロジーを使用して、金属タンタルとアルミニウム合金部品の組み合わせを実現しました。 NASA JPLは、電子部品を強い宇宙放射線から保護し、可能な限り軽量にするために、アルミニウム合金の航空宇宙部品の中央に耐放射線性の金属タンタル層を追加し、両方が放射線である3D印刷部品を取得しました。耐性があり、非常に軽量です。コンポーネントの各金属特性は変更されておらず、期待どおりに動作します。
上記のアプリケーションに加えて、NASAは2020年のSBIRプロジェクトでUAMテクノロジーを使用して、腐食の問題を克服するためにさまざまなアモルファス合金を他の金属とうまく融合させました。
超音波積層造形は、センサーを内蔵した「スマート構造」を生み出します
金属は加熱および溶接されないため、UAMテクノロジーは損傷することなく部品の製造プロセスに電子デバイスを組み込むことができます。これまで、従来の溶接技術を使用してスマート材料を処理する際の最大の課題は、材料の溶融によってスマート材料の性能が大幅に低下することが多かったことでした。 UAMプロセスは固体であり、溶融を伴わないため、このプロセスを使用して、ワイヤー、テープ、フォイル、およびセンサー、電子回路、アクチュエーターなどのいわゆる「スマートマテリアル」を、損傷を与えることなく高密度の金属構造に完全に埋め込むことができます。 。したがって、超音波積層造形は、「スマートマテリアル」の印刷や「スマート構造」の成形に非常に適しています。
電子機器内蔵の「スマートストラクチャー」
NASAは、航空試験でUAMテクノロジーで印刷された光ファイバーセンサーを使用して、商用機体の弱点とパフォーマンスの問題を検出します。これらのセンサーは、UAMテクノロジーを使用してアルミニウム合金部品に組み込まれており、金属の状態と性能に関する正確でリアルタイムのデータを取得できます。同時に、外側の金属が保護されているため、従来のデバイスは宇宙などの過酷な環境でも機能します。さらに、NASAはUAMテクノロジーを使用して、2019年にセンサーを燃料パイプラインに直接3Dプリントし、低温燃料パイプラインでデータを収集して、エンジンの動作をよりよく理解しました。
センサー内蔵エンジンフューエルパイプ
UAMは、スマートマテリアルの特性を組み合わせて、さまざまな構造部品や材料の特性をいつでも変更できるため、UAMテクノロジには次の利点があります。
（1）複雑な構造を形成する高速金属積層造形。
UAMは、従来の3D印刷技術と同様に、成形と同じ高効率と複雑さを備えており、フリーネット成形プロセスに属しています。
（2）ソリッドステート溶接を実現できます：異種金属の接合、クラッディング、金属マトリックス複合材料、「スマート」または反応性構造。
UAMプロセスは、従来の電磁波溶接技術に基づいているため、成形プロセスでは、ソリッドステート溶接を実現し、異種金属のリンクまたはクラッドを実現できます。
（3）低温技術は、改ざん防止構造の電子埋め込み、非破壊、完全にカプセル化された光ファイバー埋め込みを実現できます。
終わり
UAMプロセスは高温環境を必要とせず、低温で製造プロセスを実現できるため、高温で特性が変化する材料に対して、UAMは複雑な構造の形成や埋め込み構造の製造を容易に実現できます。パッケージ化する必要があります。従来のプロセスに基づく新しい形式の3D印刷は、より多くの製造ニーズを満たすと同時に、積層造形プロセスのタイプを充実させています。超音波積層造形プロセスに加えて、3Dプリンティング技術に関する以前の記事で述べた摩擦攪拌接合もその1つです。