Giới thiệu

Từ lâu ngành công nghiệp không gian hàng không đã tìm cách giảm cân, giảm thời gian sản xuất ngắn và tự do thiết kế cho tàu vũ trụ. Phương pháp sản xuất truyền thống bao gồm việc tách các bảng điện tử, dây nối dây điện, các thành phần cấu trúc, sau đó là các cấu trúc lao động mạnh mẽ. Việc xuất hiện các thiết bị điện tử 3D — cũng được gọi là thiết kế thêm điện tử (AME) — đang phân chia những quá trình này bằng cách điều chỉnh trực tiếp các cấu trúc và các thành phần của tàu vũ trụ. Bài này khám phá cách mà máy in 3D đang chuyển đổi, từ thiết kế và sản xuất đến các hoạt động không gian không gian và không gian.

Điện tử 3D in là gì?

Thay vì khắc chữ đồng từ bảng phẳng hoặc bán các thành phần rời thành một lớp, AME xây dựng lớp điện tử bằng mực, vật liệu điện tử, và chip điện tử nhúng. Các máy in đa vật liệu có thể lưu trữ cả hai cấu trúc nhiệt và các dấu vết điều khiển trong một chu trình xây dựng.

Quá trình này thường bao gồm một mô hình kỹ thuật số chỉ định hình học của cả phần cấu trúc và đường dẫn điện. Máy in sau đó tách rời các vật liệu như mực dẫn điện bạc, điện tử đa năng, và bán kính hiển thị các điểm cho cả các thành phần cấu trúc. Một số hệ thống nâng cao sử dụng máy bay phản lực hoặc tia laser trực tiếp để giải quyết các tính năng tốt dưới 50 G. Kết quả là một phần khối có dây điện phân, cảm biến thụ động, và thậm chí các thành phần như thiết bị chống lại hay ăng ten, tất cả được xây dựng mà không cần thiết lập các bước bộ xử lý.

Những lợi ích cho việc sản xuất phi thuyền

Giảm cân nặng

Mỗi gram được phóng vào quỹ đạo tốn hàng ngàn đô la. Các thiết bị điện tử truyền thống phụ thuộc vào các thiết bị PCB riêng biệt, kết nối chặt chẽ và khung kính lớn có thể thay thế một phần lớn các mảnh truyền thống, tiết kiệm được 40-60% trọng lượng của một số hệ thống con quay. Ví dụ, các tấm vệ tinh với các ăng-ten nhúng và các đường dây giảm nhu cầu khai thác, giảm thiểu năng lượng để nạp năng lượng hoặc năng lượng.

Thiết kế

Việc tạo ra đồ điện tử cho phép thiết bị điện tử theo hình dạng của tàu vũ trụ thay vì ép tàu vũ trụ thích nghi với các bảng phẳng. Các bộ phận cảm biến có thể được in trên bề mặt bên trong của bình nhiên liệu để theo dõi áp suất mà không khoan lỗ; ăng ten có thể phù hợp với da ngoài của vệ tinh, cải thiện khí động lực và hiệu suất tín hiệu. Các thiết bị địa lý như sóng thần phân nhánh hoặc 3D tương tác với nhau trở nên thiết thực tế nếu không có sự hạn chế sản xuất PCB chuẩn.

Dây chuyền sản xuất nhanh hơn và dễ phát tán

Việc sản xuất tàu vũ trụ truyền thống đòi hỏi thời gian dẫn đầu cho các thiết bị PCB, dây nối và kết nối. Với thiết bị điện tử 3D, một máy có thể tạo ra một cấu trúc cấu trúc điện tử hoàn chỉnh từ tập tin kỹ thuật số trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày. Trên việc sản xuất các thiết bị này giảm thiểu kho chứa, giảm thiểu sự cung cấp và hiệu lực gấp rút trong vòng lặp thiết kế. Đối với các chòm sao vệ tinh nhỏ, nơi mà hàng trăm đơn vị cần phải sản xuất nhanh chóng, AME cung cấp một đường dẫn đến sản xuất hàng loạt mà không cần quá tốn tốn nhiều tiền để tiêm hoặc quá chậm các dây cáp bằng tay.

Cần phải có sự hiệu quả

Số phần nhỏ hơn, số công nhân lắp ráp ít hơn, và số lượng hậu cần giảm chi phí hệ thống. số lượng ước tính từ các cuộc nghiên cứu về công nghiệp cho thấy rằng việc tích hợp điện tử thành 3D in có thể giảm chi phí sản xuất cho 30 grac50% cho một số hệ thống phụ nhất định. Hơn nữa, khả năng kết hợp nhiều chức năng thành một phần giảm thiểu số người cung cấp, các thử nghiệm có khả năng và kiểm tra điểm.

Những thử thách và giới hạn hiện tại

Mặc dù hứa hẹn, điện tử 3D phải tồn tại những điều kiện khắc nghiệt của không gian. Vacuum, bức xạ, xe đạp nhiệt từ nghiêng + 150°C, và rung động trong lúc khởi động đòi hỏi chặt chẽ về vật liệu và giao diện. mực dẫn điện phải duy trì tính kháng cự ổn định và sự kết hợp trên hàng ngàn chu kỳ nhiệt. Việc tăng nhiệt độ phải chịu đựng sự căng thẳng ngoài và ngăn chặn các mạch điện áp thấp. Chất dán điện áp hiện thời thường có độ cao hơn đồng lớn, hạn chế sử dụng năng lượng cao xe buýt có độ cao (bằng sóng cao) và cũng gây ra các vật liệu thô cho các vật liệu gây khó khăn cho các loại máy in và các vật liệu bị mất đi.

Sự phát triển vật chất

Nghiên cứu thành những người điều khiển mới có thể in được như mực đồng, các hạt đồng và chất lượng đồ thị, nhằm đóng các lỗ hổng hiệu suất, các chất liệu có độ sáng cao như mực PEEK và PEK được trang bị bằng bạc, nhằm mục đích in trực tiếp các thiết bị điện tử, vì chúng có khả năng chống nhiệt độ cao và kháng phóng xạ tuyệt vời.

Độ chính xác và độ phân giải

Nhà nước của các máy in i-R-O-O-N-N-N-A-N-N-N-N-N-N-A-T-T-T-T-T-T-A-T-T-T-T-A-T-T-D-D-A đạt được độ rộng của đường thẳng xuống 50 100 D-S , đủ cho nhiều cảm biến và tín hiệu điện tử nhưng vẫn còn thô hơn 25 đường dây đom của máy tính trung bình. Đối với các liên kết mật độ dày đặc, các kỹ thuật mới lạ như việc lắp ráp laser (DDDD) hoặc điện tử được phát hiện để đẩy các độ phân giải dưới 10 BAR BAR BAR BAR i . Trong việc kiểm tra và việc điều khiển cấu trúc cấu trúc hình đóng các vòng lặp lại cũng nằm dưới 10 độ phát triển nhất định độ phân chia lớp và xử lý các lớp và xử lý hoạt động năng lượng tử cũng dưới diện tích lớn để đảm bảo các vùng quy định cho các vùng in.

Ứng dụng hiện thời trên không gian

Một số cơ quan và công ty đã thử nghiệm các thiết bị điện tử 3D (DDprinted 3D). Cơ quan không gian (FLT: 0) của NASA đã thành công trong việc chế tạo ra hệ thống lọc tìm kiếm không gian (AMS) [FLT: 1] cho thấy các thiết bị ăng-ten in và các mạch radiofrequat trên bảng điều khiển khối lập phương pháp điều khiển khối lập trình. Cơ quan không gian (TNTTTT) đã thành công trong việc chế tạo ra bộ lọc tìm kiếm thông tin về hệ thống lọc tìm kiếm thông tin đa năng (AD) thành công (AD) cho hệ thống định vị dây chuyền định vị (A) [FLT: 1 / 1 / 1 / 1 / 40, so với 40 so với máy móc kim loại kim loại kim loại, 2023, 1 thiết kế nhỏ của các thiết bị quảng cáo điện tử quảng cáo, 1 bộ cảm biến hình nhỏ được in 3D — gồm cả hệ thống cảm biến giao diện tích mặt trời và cảm biến đổi hệ thống định dạng dây dẫn đến 1 tuần tính năng lượng mặt trời, giảm từ một hệ thống cảm biến đổi thành 1 hệ thống trong

Một ví dụ đáng chú ý khác là dự án không gian Alenia ) đã tạo ra một đơn vị đo lường vệ tinh với các dấu vết được in trong một cấu trúc sợi cacbon ecrevited. Cách này loại bỏ hơn 30 máy móc và 15 mét dây, kết quả là giảm 50% số lượng và giảm 60% số giờ hội nghị bằng tay. Các biểu đồ này xác nhận AME có thể cung cấp sự tăng cường không gian trong khi đơn giản hóa công việc.

Hy vọng về tương lai và khả năng biến đổi

Trên việc sản xuất và sửa chữa máy tính của máy bay Orbit

Tầm nhìn tối hậu cho các thiết bị điện tử in 3D trong không gian là trên các thiết bị sản xuất thêm phân phối, hoặc thậm chí nâng cấp các kho lưu trữ trong các nhiệm vụ xây dựng dài. Các thí nghiệm ban đầu trên Trạm không gian quốc tế (ISS) đã in các phần cấu trúc đơn giản. Mở rộng khả năng điện tử sẽ cho phép các sứ mệnh không gian sâu trong không gian tự tạo, giảm nhu cầu nạp điện năng tái tạo tại các nhà máy in tại [FTLS]. Các nhà nghiên cứu nghiên cứu [TTTS] đã làm thí nghiệm hiện đại về chế tạo (TTTSS) đang phát triển 3 công nghệ chế tạo máy in và có thể xử lý các thiết bị tạo khí áp suất tối tân tinh.

Hợp nhất với cặp song sinh số và AI

Khi tàu vũ trụ trở nên liên kết với nhau, thiết bị điện tử 3D sẽ đóng vai trò trong việc phân phối cảm biến và hoạt động. Tàu vũ trụ tương lai có thể kết hợp hàng ngàn các loại được in, nhiệt độ và cảm biến phóng xạ mà đưa dữ liệu vào một mô hình sinh đôi số. điều này sẽ cho phép giám sát và bảo trì sức khỏe cấu trúc thời gian thực. kết hợp với máy tính học tối ưu hóa, cặp song sinh số có thể tự động điều chỉnh bố trí in cho con tàu vũ trụ thế hệ mới dựa trên dữ liệu hiệu suất làm việc ở trường hợp khác, đóng các thiết kế tự động hoá nhanh hơn bao giờ hết.

Việc sản xuất các phương pháp tổng hợp

Thay vì thay thế các phương pháp truyền thống, AME rất có thể sẽ được dùng trong các tiến trình lai: cấu trúc 3D in bằng các liên kết in và chọn i- pa- in và thay thế các dạng IC thông thường. Nó kết hợp các phương pháp tốt nhất của cả hai thế giới — tính linh hoạt của thiết kế bổ sung với hiệu suất được chứng minh của các gói bán dẫn chuẩn. Một vài nguyên tố không gian đã được phát triển thành phần kết hợp các tế bào sản xuất sáu trục, máy in 3D, và một vị trí đầu thành phần để tạo ra hệ thống vệ tinh mới của hệ thống kết nối trong một công việc chế tạo tự động.

Kết luận

Các thiết bị điện tử được in 3D đang di chuyển nhanh chóng từ tính tò mò trong phòng thí nghiệm đến công nghệ bay sẵn sàng. bằng cách gắn các mạch điện trực tiếp vào cấu trúc tàu vũ trụ, các nhà sản xuất đạt được sự giảm đáng kể về trọng lượng, sự phức tạp và thời gian sản xuất trong khi đạt được tự do thiết kế chưa từng thấy. mặc dù hiệu suất vật chất và độ phân giải in vẫn cần sự tinh chỉnh thêm cho các ứng dụng có độ cao và độ cao của độ bền, các cuộc nghiên cứu và thành công chứng minh khả năng tiếp cận. trong khi ngành công nghiệp không gian tăng thêm sự sản xuất, 3Dprint sẽ trở thành nền tảng của thiết kế phi thuyền — khả năng điều khiển, và có khả năng hơn, và nhiều hơn nữa cho đến hàng thập kỷ.