超越地球的3D列印應用—Masten Space System

3D列印對我們日常生活中產生了非常大的影響,他涉及了從汽車到醫療設備,再到家用五品等領域。隨著加法製造在航太產業的進展。公司內部的3D列印在「超越地球」範疇中有許多的突破。

 

Masten Space Systems是3D列印在航太產業的一大改變者:成立於2004年,這間公司主要製作垂直起降的火箭。作為NASA CLPS企劃的一部分,Masten Space Systems將於2022年對月球進行發射任務。Masten使用Formlabs 3D列印來製作塑料的火箭引擎,以利RD部門做測試。繼續閱讀以了解:

 

  • Masten的背景
  • Masten如何影響3D列印
  • 3D列印於大專院校的航太企劃
  • 3D列印之於航太產業的未來

 

自成立以來,Masten就一直在發展火箭的研究。“我們協助研發了將用於火星的土地修復系統”Mattew Kuhns—Masten的首席工程師提到。Masten著重在可重複使用的火箭技術,以實現太空運輸以及用於地球、月球、火星與其他地區等的可靠著陸器。

 

有著「降低人們進入太空的門檻」這樣的使命,Masten提到:「我們相信火箭的運作應該更像飛機而不是導彈」。而3D列印在他們執行任務時,扮演了一個非常重要的角色。

Masten如何影響3D列印

 

Masten有塑料列印與金屬列印的經驗—他們協助NASA來生產客製化零件,「我們非常喜歡用3D列印來生產火箭的引擎零件,因為它比起傳統生產方式有更多應用的可能性。為了降低成本還有提高生產效率,我們開始探索光固化3D列印機可以如何協助我們,特別是Formlabs推出了耐高溫樹脂!這些材料擁有吸引人的物理特性,讓我們能進一步探索它們能否實際應用到火箭生產。」

 

Formlabs的耐高溫樹脂以及高強度10K樹脂擁有航太工程應用最佳的性能。耐高溫樹脂專為需要耐高溫的物件做功能性打樣,而高強度10K樹脂則是Formlabs樹脂中硬度最高的一款—非常適合工程領域的應用。

 

Masten於2014年開始用3D列印來製作火箭的引擎,一開始從小型的推進器開始,接著到2016年時,已經擴大到25000磅的大型發動機。根據Masten研究測試工程師Kimberly Devore的說法,Masten同時使用的傳統機具加工與3D列印來生產火箭引擎。儘管Masten在一些舊的引擎製造還是使用傳統加工方式,但因為3D列印的靈活性與生產速度,讓它們接受了3D列印這個生產方式。

 

3D列印的好處是,您可以完全按照自己的方式進行建模。且與傳統加工相比,它更加方便,不需要不同等級的工具機。實際上,您可以按照所需的方式進行設計即可。Devore提到:「我認為使用3D列印非常好的地方是,你可以在第一版時列印並測試,如果不符合需求,您可以進行調整並再次列印。它確實可以實現快速的打樣與迭代,與傳統加工不一樣—若傳統加工中斷可能就麻煩了—要再為另外一個零件加工可能會需要許多的時間。」

目前Masten有兩台Formlabs 3D列印機:一台Form2與一台Form3。他們使用透明樹脂灰色樹脂來做外觀的打樣驗證。接著他們用耐高溫樹脂與韌性樹脂等來做功能驗證。「使用3D列印一個很好的優點是,與傳統加工比起來它沒有那麼嚴格。當然,我們會想要安全地完成所有的研發程序,透過3D列印我們可以做反覆的外觀與功能測試。也可以更快地達到客製化的效果。」Devore提到。用傳統機具做加工時我們希望物件越簡單越好,加上額外的特徵可能就需要增加額外的花費。也因此許多能做的東西其實非常類似,另一方面也就限制了設計的可能性。

 

根據Kuhns的說法,如果Masten只使用傳統的機械加工,這樣他們可能就不會想要冒風險去嘗試新的事物。不過因為3D列印讓他們有了實驗的自由性。「我們在第五次測試後打破了第一版設計,我們了解到了測試失敗的原因,在十分鐘內就就將其確認,並在三十分鐘內就於CAD中修改完成。在接下來十分鐘內它就在列印機中了,隔天就印好了!這讓我們可以快速地做大物件的產品迭代!」

 

3D列印於大專院校的航太企劃

 

Masten公司雇用了許多大專院校「火箭計畫」的實習生,協助他們做開發的設計與指導他們。Devore認為,在大專院校的航太、火箭等相關計畫中導入3D列印是非常重要的,可以幫助學生們將他們所學習的事務結合到現實生活中。3D列印能夠給學生更實際的操作與成果,並不是只是在電腦上或者投影片上的一些設計。

 

Kuhns提到:「因為3D列印風險與失敗的成本低,所以讓學生可以學到更多,特別是當您希望在校園內就直接生產時,透過利用3D列印機,您可以在學期內就完成您的大型project!對於學生們著實是充滿了希望!」

 

3D列印於航太產業的未來


對於Masten來說,3D列印將發揮更大的作用。「我們目前的計畫是實際利用3D列印來完成「Masten Mission one」的設計流程。我們希望能夠用越多3D列印越好,目前也正在思考將3D列印應用在其他測試的樣件中。」

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