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基于SLM的3D打印卫星支架轻量化研究

更新时间: 2020-01-16 09:38:55  查看次数: 67    

基于传统制造工艺设计的卫星支架结构。可以发现由于传统制造工艺限制卫星支架结构的设计存在局限性,必须满足机加工设备的加工要求,由很多零部件连接拼装而成。由公理设计体系的信息公理可知具有最小信息的设计是最优设计,在对卫星支架结构轻量化设计时要保证信息的最小化。在轻量化结构设计的基础上配合轻量化材料使用,两者相辅相成,保证满足卫星支架功能需求的条件下,最大限度的减轻质量。


基于SLM的3D打印轻量化结构设计卫星支架结构,由于SLM技术可以成形几乎任意复杂形状零件结构,满足了减重设计的任意发挥,去除冗余结构减少组件拼接使形状尺寸更加合理,不需要考虑组件对整体空间体积的占用,而且只要满足功能要求,还可以采用加强筋、外壁等设计为多孔结构、中空夹层结构等。在满足基于SLM的金属3D打印轻量化结构设计规则条件下,经过轻量化结构设计的卫星支架结构,整个支架设计成了一体化结构,去除了冗余结构,外壁处采用多孔结构,既满足功能要求又实现了减重目的。


将EPlus Hatch Tool软件进行路径规划填充的卫星轻量化支架模型数据保存为EPC格式,导入EPlus-M250金属3D打印机,经过SLM成形加工,得到卫星轻量化支架零件。卫星轻量化支架结构整体成形效果良好,无明显孔洞、变形、过熔等缺陷存在。对其进行重量检测,结果显示基于SLM的金属3D打印卫星轻量化支架结构,较传统工艺制造的卫星支架结构减重近26%,而且经过对该工艺参数SLM成形A1Si10Mg合金致密度和力学性能检测,结果显示性能优于传统制造工艺,基本完成设计时的预期效果,对部分结构采用喷砂、机加工等后处理工艺可以满足使用要求。


卫星轻量化支架结构的上表面是与被支撑零部件衔接的部分结构,上表面设计有安装孔,其成形效果直接关系到该卫星轻量化支架结构的使用。由于添加了密集的支撑结构,表面较为平整未出现悬垂塌陷,而且采用了轮廓扫描的复合扫描方式,上表面结构轮廓清晰,无明显过溶和孔洞缺陷,安装孔轮廓清晰,圆形度较好,无变形和孔洞堵塞缺陷。但由于模型摆放存在倾斜角度,上表面出现轻微的阶梯效应,表面质量有所下降,而且由于上表面成形面积较大,存在轻微翘曲变形。安装孔存在悬垂结构,虽然添加了支撑结构,仍然出现了少量悬垂物。



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