Pengelasan Ultrasonik adalah Bagian dari Misi NASA

Radiator cetak 3D untuk CubeSat ini menggabungkan aluminium dan sepotong kecil tembaga untuk memungkinkan panas menyebar lebih merata ke seluruh permukaan. Fabrisonic telah mampu menggabungkan logam menggunakan teknik manufaktur aditif yang menggunakan pengelasan ultrasonik. Kredit: Fabrisonic LLC

Inovasi manufaktur yang memiliki aplikasi untuk NASA pesawat ruang angkasa dipindahkan ke sektor swasta untuk mendukung berbagai industri di Bumi.

Jaring air yang pecah selalu mahal dan berantakan, tetapi pipa yang rusak di luar angkasa bisa menjadi sebuah misi. Itulah sebabnya para ahli teknologi NASA bekerja keras untuk membuat perangkat keras seandal mungkin. Terkadang itu berarti membuang cara lama pembuatan dan bereksperimen dengan bahan baru – atau proses pembuatan.

Tantangan ini telah mendorong Scott Roberts, seorang ahli teknologi di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan, untuk beralih ke jenis pengelasan baru dalam industri pencetakan 3D. Sektor swasta sudah menggunakan teknik ini, yang disebut manufaktur aditif ultrasonik (UAM). Dengan beberapa inovasi tambahan, Roberts mengira itu dapat digunakan untuk meningkatkan keandalan dalam penukar panas, komponen penting dari pesawat ruang angkasa apa pun. Perbaikan yang telah dilakukan perusahaan pada proses UAM untuk membantu Roberts membangun pesawat ruang angkasa yang lebih baik sekarang mulai membuahkan hasil di industri dari luar angkasa hingga pengeboran minyak.

“Masalah yang saya kerjakan tidak memecahkan masalah untuk sebuah misi,” kata Roberts. “Mereka akan memecahkan satu kelas masalah untuk NASA dan industri.”

Penukar panas aluminium dilas ultrasonik

Teknik pengelasan ultrasonik telah menghilangkan kebutuhan akan antarmuka termal dan perangkat keras pada penukar panas aluminium yang dibuat oleh Fabsonic ini. Hasilnya, penukar panas memiliki berat hampir 30% lebih sedikit dan bekerja 30% lebih baik daripada suku cadang yang dibuat dengan metode tradisional. Kredit: Fabrisonic LLC

Apa yang akan dilakukan cetakan 3D dengan tabung?

Suhu adalah masalah yang sangat sulit di ruang angkasa, di mana suhu ekstrem dapat bervariasi hingga ratusan derajat. Penukar panas membantu menjaga suhu konstan di pesawat ruang angkasa dengan menghilangkan panas berlebih atau menyedot lebih banyak. Secara tradisional, perangkat ini termasuk pipa serpentin panjang yang dipasang pada pelat logam dengan tanda kurung dan epoksi. Meskipun efektif, mereka terdiri dari beberapa bagian yang saling berhubungan, memperkenalkan banyak titik potensi kegagalan.

Dengan manufaktur aditif ultrasonik, bagaimanapun, seluruh perangkat dapat dibuat dengan tangan sebagai satu bagian. Pendanaan untuk Riset untuk Inovasi untuk Bisnis Kecil (SBIR) disediakan oleh JPL mengizinkan Roberts untuk bekerja dengan Fabrisonic LLC yang berbasis di Columbus, Ohio pada konsep penukar panas baru. Sebagai subkontraktor untuk Sheridan Solutions LLC, Fabrisonic memulai dengan proses yang ada yang membangun lapisan logam yang lebih tipis dengan menggabungkannya dengan getaran frekuensi tinggi. Untuk membuat penukar panas, saluran melengkung diukir pada logam laminasi dan kemudian ditutup di bawah lapisan tambahan.

Konsep baru ini menggantikan lusinan bagian kecil dan sambungan yang bisa gagal selama misi jangka panjang atau dalam kondisi ekstrem di Bumi.

Penerapan CubeSat

CubeSat dapat digunakan untuk berbagai aktivitas, tetapi ukurannya yang kecil menjadikannya tantangan untuk beradaptasi dengan semua bagian dan bahkan layar yang diperlukan untuk menangani suhu ruang yang ekstrem. NASA tertarik dengan teknik manufaktur baru yang memungkinkan penggunaan bahan lebih efisien. Kredit: NASA

Bagaimana getaran bisa melelehkan logam?

Pengelasan ultrasonik menggunakan suara dan gesekan untuk menciptakan ikatan solid state antara lapisan logam. Ini dimulai dengan lembaran tipis yang ditekan ke komponen logam lain seperti pelat dasar. Tekanan konstan dan getaran ultrasonik menyebabkan gesekan antar sisi permukaan, menciptakan gerakan geser yang meningkatkan suhu dan menghilangkan oksida permukaan, memungkinkan kontak langsung logam murni ke logam murni. Hasilnya adalah ikatan atom solid-state yang mengelas lapisan logam menjadi satu. Bahkan lapisan logam yang berbeda dapat direkatkan menjadi satu bagian.

Relatif sedikit panas yang dibutuhkan karena suhu sambungan logam jauh lebih rendah daripada suhu lelehnya. Fabrisonic dapat dengan cepat merakit lapisan lebih dari enam meter persegi, memungkinkan Anda membuat bagian dengan geometri kompleks dalam beberapa hari, daripada bulan-bulan yang disyaratkan oleh praktik manufaktur tradisional. Ini memperpendek siklus pengembangan pesawat ruang angkasa atau mempercepat pembuatan suku cadang komersial.

Mengapa menggabungkan logam yang berbeda?

Melindungi komponen elektronik dari radiasi luar angkasa yang intens yang dapat menghancurkannya merupakan tantangan ketika semua yang ada di kapal perlu cahaya. Ini adalah masalah yang ingin dipecahkan Roberts dengan materi baru. Pendanaan tambahan SBIR yang disediakan oleh Pusat Penelitian Langley NASA di Hampton, Virginia, dibayarkan kepada Fabrisonic untuk menambahkan lapisan tantalum logam tahan radiasi di antara bagian-bagian pesawat ruang angkasa aluminium.

Tidak seperti bentuk pengelasan lain, UAM tidak akan menyebabkan logam yang berbeda mencair dan bercampur. Mark Norfolk, presiden Fabrisonic, mengatakan para insinyur dapat mengandalkan sifat setiap logam agar tetap konstan dan berfungsi seperti yang diharapkan. Kualitas ini menunjukkan bahwa NASA dapat mencapai tujuannya untuk menggabungkan aluminium dengan tantalum.

Kemampuan untuk menggabungkan lapisan logam yang berbeda juga memiliki keuntungan bagi pelanggan di industri minyak dan gas, yang kini mengandalkan berbagai suku cadang fabrikasi untuk pengeboran, kata Norfolk. Salah satunya adalah tabung pengeboran sumur – tabung berlubang dan berdinding tipis yang menggabungkan berbagai bahan dan menggunakan sensor yang tertanam.

Karena menempatkan sensor dalam logam?

Sensor serat optik baru dapat mendeteksi tegangan atau titik lemah logam dan memprediksi kemungkinan kegagalan sebelum terjadi. Tetapi logam yang dibuat dengan metode tradisional hanya dapat mendukung sensor tersebut di bagian luar. Dalam upaya untuk membungkusnya, panas yang digunakan dalam proses pembuatan akan menghancurkan perangkat yang sensitif.

Pendanaan SBIR lainnya dari Langley membantu Fabrisonic, juga sebagai subkontraktor Sheridan, menguji keefektifan sensor yang diintegrasikan ke bagian dalam bagian aluminium dengan pengelasan ultrasonik. Setelah beberapa percobaan dan kesalahan untuk menemukan sensor terbaik untuk aplikasi inovatif semacam itu, para insinyur dapat memperoleh data yang akurat dan real-time tentang kesehatan dan kinerja logam. Karena sensor dilindungi, mereka dapat beroperasi di lingkungan yang keras. Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee, yang melakukan penelitian energi dan nuklir, berhasil menggunakan sensor terintegrasi Fabrisonic di fasilitasnya. Dalam uji aeronautika NASA, sensor Fabrisonici ini membantu mendeteksi kelemahan dan masalah performa pada pesawat komersial.

Bagaimana jika saya ingin mencetak komponen kecil dari diri saya sendiri?

Sementara itu, Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, mendanai eksplorasi Fabrisonic tentang penggunaan bahan logam canggih dan UAM untuk produksi di luar angkasa, kali ini sebagai subkontraktor untuk kontrak SBIR. Tahap I dan II SBIR dengan perusahaan otomatisasi mesin bernama Ultra Tech Machinery Inc. Insinyur agensi bekerja dengan Fabrisonic untuk mengembangkan printer UAM kecil untuk digunakan di stasiun luar angkasa. Perusahaan telah menyiapkan desain tetapi tidak tahu apakah itu akan berhasil. Spesifikasi NASA memungkinkannya untuk membuat, menguji, dan menyempurnakan komponen terpenting dari printer – kepala pengelasan. Bagian ini mentransfer getaran ultrasonik ke pita logam yang digunakan di printer.

Miniaturisasi teknologi ini untuk pembuatan bagian yang lebih kecil menawarkan pendekatan yang lebih ekonomis daripada penggunaan proses UAM industri. Penjualan komersial perusahaan dari printer SonicLayer 1200 yang dihasilkan menghasilkan pendapatan $ 1 juta, dengan pelanggan memproduksi lebih dari 70.000 suku cadang di rumah.

Keberhasilan komersial telah memungkinkan perusahaan untuk mengembangkan basis pelanggan yang beragam dan dua dimensi, yang berkembang menjadi 12 karyawan.

“Tanpa SBIR dan dukungan pemerintah lainnya, Fabrisonic tidak akan mampu melewati jurang antara kesuksesan startup dan komersial,” kata Norfolk. “Itu telah menghasilkan penelitian dan pengembangan yang penting.” Itu membuat informasi penting tersedia, seperti data karakterisasi material dan studi kasus yang membantu menyebarkan teknologi. “

NASA memiliki sejarah panjang dalam mentransfer teknologi ke sektor swasta. Publikasi Spinoff badan tersebut menguraikan teknologi NASA yang telah diubah menjadi produk dan layanan komersial, yang menunjukkan manfaat yang lebih luas dari investasi AS dalam program luar angkasa. Spinoff adalah publikasi program Transfer Teknologi ke arah Misi Teknologi Luar Angkasa NASA.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.