Os padrões de fundição impressos em 3D (tecnologia SLA) fornecem peças mais sofisticadas e consolidadas que são mais leves, mais baratas, mais fáceis e seguras de produzir, mesmo sendo em larga escala.

 

Small Spacecraft, Big Mission

Quando uma empresa se propõe a fazer algo tão audacioso quanto revolucionar a exploração espacial, é provável que jogue fora o livro em muitos processos tradicionais, começando pelo projeto e fabricação. Os recursos planetários não estão apenas na vanguarda do espaço, mas no ápice da própria manufatura. A empresa está usando as tecnologias 3D Systems para otimizar peças e montagens complexas, resultando em peças de peso mais leve, iterações de design mais rápidas e economias de custos de consolidação de montagens em uma única peça moldada.

A missão declarada do Resource Planetary é ousada: “Estabelecer um novo paradigma para a utilização de recursos que trará o sistema solar dentro da esfera econômica da humanidade”.

O veículo da empresa para exploração de espaço robotizado de baixo custo é a série Arkyd de nave espacial que identificará asteróides quase terrestres para mineração de água e metais preciosos. O primeiro demonstrativo, o A3R, foi lançado e colocado com sucesso em órbita em 2015. O segundo demonstrador, o A6, está programado para um lançamento na primavera de 2016. Os veículos de demonstração, do tamanho de uma caixa de cereais, estão sendo usadas para validar tecnologias básicas, incluindo aviônica, sistemas de controle, software e sensores para detectar e caracterizar recursos de asteroides. Eles estão preparando o cenário para os primeiros ofícios de produção em grande escala da Planetary Resources, as séries Arkyd 100, 200 e 300. O Arkyd 100, 200 e 300 são aproximadamente o dobro do tamanho do avião demonstrador, com uma massa de 11 a 15 quilos (24-33 libras).

Espaço perdido

A Planetary Resources espera que a nave espacial Arkyd seja produzida em massa, então não há espaço para nada que seja muito pesado ou ocupe muito espaço dentro da arquitetura da nave espacial. É aí que o 3D Systems entra em cena.

“A impressão 3D nos ajuda a integrar peças separadas em uma parte orgânica”, diz Chris Lewicki, presidente da Planetary Resources e CEO. “O objetivo é ter uma nave espacial como o seu telefone celular, sem espaço desperdiçado”. Uma área-chave de concentração é o tanque de combustível, que no passado ocupou uma grande porcentagem do volume de uma nave espacial e muitas vezes se parece com um apêndice no exterior do corpo. Em contraste, o projeto de Recursos Planetários para o Arkyd 200 e 300 usa padrões de vazamento QuickCast ™ patenteados dos Sistemas 3D para tornar o sistema de propulsão uma estrutura estruturalmente integrada para a própria nave espacial. Outras partes, como as geometrias do colector, do plenum e do roteamento, também são integradas diretamente em elementos estruturais que suportam a nave espacial.

Modernizando uma técnica comprovada no tempo

QuickCast, uma metodologia que moderniza as técnicas tradicionais de moldagem que remonta a milhares de anos, é a solução perfeita para lidar com a complexidade do design.

Com o processo do 3D Systems, um padrão 3D é construído com uma máquina Stereolithography (SLA). Quando a compilação é concluída, o líquido é drenado do padrão. O padrão é então revestido em uma casca de cerâmica de fundição. Uma vez que o casco se endurece, ele é disparado em fogo alto para queimar o padrão. O metal é derramado na cavidade resultante. Após o resfriamento, o invólucro exterior é quebrado para revelar a parte acabada.

Os principais benefícios do processo QuickCast incluem:
• Capacidade de criar peças complexas para maior funcionalidade.
• Economias de tempo maciças desde a possibilidade de passar do CAD para o padrão em um único dia.
• Ierações de design mais rápidas, eliminando ferramentas que consomem tempo.
• Redução do número de peças da consolidação de componentes.
• Acesso a qualquer tipo de liga, incluindo metais certificados convencionalmente.

“O QuickCast oferece uma capacidade não possível com a fabricação tradicional e também estamos entusiasmados com a promessa de impressão direta de metal”, diz Chris Voorhees, engenheiro-chefe da Planetary Resources. “Com novos produtos sistemas 3D como o ProX ®sistema DMP 320, podemos criar detalhe ainda mais fino e precisão em nossas peças de titânio, e estamos ansiosos para a implantação destes no espaço em nossa próxima nave espacial.”

Velocidade e complexidade a baixo custo

O uso de padrões impressos em 3D para produzir metais oferece aos designers a liberdade de atingir um nível superior de sofisticação de design, criando formas orgânicas que removem fixadores, grampos, parafusos e outras peças auxiliares exigidas por peças e montagens tradicionalmente fabricadas.

“Os tanques de propulsão são normalmente uma grande fração do volume de uma espaçonave”, diz Lewicki. “A impressão em 3D nos permite explorar projetos orgânicos mais eficientes usando materiais como o titânio para uma estrutura ideal para manter o propulsor. O resultado é uma espaçonave que é ao mesmo tempo mais leve, mais barata, mais segura e muito mais fácil de reproduzir em grande número. “Um modelo de tamanho real criado por sistemas 3D e recursos planetários mostra até que ponto a impressão 3D informa os projetos Arkyd 200 e 300 . O modelo elegante parece enganosamente simplista. O tanque de combustível de titânio em forma de rosca, criado com padrões de moldagem de uma impressora 3D Systems SLA, serve como a estrutura externa para toda a nave espacial. Fixtures, roteamento de cabos e outros elementos estão incorporados no projeto, reduzindo a contagem de peças e adicionando força e estabilidade.

Os primeiros desenhos de tanques de combustível que usam padrões impressos em 3D irão estrear no Arkyd 100, programado para lançamento no final de 2016 até o início de 2017. O Arkyd 100 é projetado para fazer observações da Terra e localizar asteróides. Seguirá o Arkyd 200, projetado para coletar dados científicos sobre características físicas de um asteróide; e o Arkyd 300, que contará com um sistema de propulsão maior para permitir a exploração do espaço profundo.

O futuro da fabricação aeroespacial

As impressoras de sistemas 3D estão desempenhando um papel central em todo o espectro de desenvolvimento de produtos para a Arkyd, desde projetos de prototipagem até peças de produção de produção para nave espacial real.

A Planetary Resources usa SLA para protótipos QuickCast e peças de produção, como o tanque de combustível, uma impressora ProJet 7000 SLA para protótipos de plástico e um DMP ProX para impressão direta de metal.

“A impressão em 3D nos permite experimentar com conceitos de projeto e produzir partes de produção com melhor funcionamento muito mais rápido, sem se preocupar com os processos envolvidos com a fabricação tradicional”, diz Lewicki.

“Nós estamos passando de uma produção substrativa para aditivo. A impressão em 3D atingiu a maioridade e acreditamos que representa o futuro da fabricação aeroespacial “.

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