OEM da impressora 3D Sistemas 3D‘ Grupo de Inovação de Aplicativos (AIG) está trabalhando com pesquisadores de Universidade Penn State (Psu), Universidade Estadual do Arizona (ASU) e NASA Glenn Analysis Heart Desenvolver sistemas avançados de gerenciamento térmico para naves espaciais.
Os projetos patrocinados pela NASA estão usando a tecnologia de impressão de metallic direta (DMP) da 3D Methods e OQTON‘s Software program 3dxpert produzir radiadores de alto desempenho e tubos de calor feitos de ligas de titânio e níquel-titânio.
Ao incorporar tubos de calor e componentes de liga de memória de forma diretamente nos radiadores através da impressão 3D, a equipe está abordando o peso e a complexidade de fabricação dos sistemas térmicos tradicionais, tornando futuras missões espaciais mais econômicas e capazes.
“Nossa parceria de P&D de longa knowledge com a 3D Methods permitiu a pesquisa pioneira para o uso da impressão 3D para aplicações aeroespaciais”, disse Alex Rattner, professor associado da PSU. “A experiência coletiva em engenharia aeroespacial e manufatura aditiva está nos permitindo explorar estratégias de design avançadas que estão ultrapassando os limites do que é considerado o estado da arte”.
Resfriamento de alta eficiência para naves espaciais
Uma área de foco envolve os radiadores de rejeição de calor de titânio em 3D com tubos de calor passivo de alta temperatura incorporada. Tradicionalmente, a criação dessas estruturas internas de pavios porosos envolve várias etapas de fabricação para permitir que o fluido circule e transfira calor. A equipe usou o software program 3DXPERT para incorporar essas estruturas porosas diretamente nas paredes do tubo de calor de titânio, removendo etapas adicionais e reduzindo a variabilidade.
Esses radiadores monolíticos de titânio operaram com sucesso a temperaturas de 230 ° C e demonstraram uma redução de 50% no peso, atingindo 3 kg por metro quadrado. comparado a mais de 6 kg por metro quadrado. em sistemas convencionais. Essa abordagem atende às metas da NASA para maior eficiência de transferência de calor e menores custos de lançamento.
Outro projeto examina como as ligas de memória de forma (SMAs) podem ser usadas para criar radiadores implantáveis. Os pesquisadores produziram uma das primeiras partes funcionais feitas de níquel-titânio (nitinol) que podem ser acionadas e implantadas passivamente quando aquecidas. A equipe projetou uma estrutura de raio implantável em nitinol usando 3DXPERT, resultando em um aumento de seis vezes na proporção de área implantada para o teto, juntamente com uma redução de peso superior a 70%, de 19 kg por m². para menos de 6 kg por metro quadrado.
Esses radiadores baseados em SMA podem implantar no espaço sem a necessidade de atuadores mecânicos, oferecendo gerenciamento térmico mais confiável para cubesat de alta potência e pequenas missões de satélite. Imagens e dados de teste do Penn State confirmam o desempenho térmico dos protótipos e sua capacidade de suportar condições espaciais severas.
In accordance with Analysis and Markets referred by 3D Methods, the aerospace additive manufacturing sector was valued at $1.2 billion in 2023 and is projected to develop to almost $4 billion by 2030. Over the previous decade, 3D Methods has produced greater than 2,000 titanium and aluminum alloy parts for house missions, reflecting the rising position of additive manufacturing in constructing high-performance, light-weight methods for demanding environments.
Soluções de gerenciamento térmico além do espaço
Com peças fabricadas adicionais, o gerenciamento de calor está sendo simplificado em várias aplicações. Recentemente, especialista em transferência de calor australiano Tecnologia do Conflux Em parceria com a fabricante de hipercarro italiano Pagani para melhorar o desempenho térmico da utopia paganitransmissão.
O especialista australiano desenvolveu um trocador de calor de cartucho impresso em 3D para o veículo movido a V12 de 6 litros de 6 litros, alcançando um aumento de 30% na rejeição de calor em comparação com o projeto anterior. Essa melhoria suporta a conformidade com as emissões globais e garante confiabilidade térmica sob condições extremas de direção. Os testes de Pagani confirmaram a durabilidade e a eficácia do novo sistema, atendendo aos padrões de desempenho para uso da pista e da estrada.
Para pesquisa no ano passado, Superfícies duras de diamante trabalhou com Análise aditivaum spinout do Universidade de Wolverhamptonpara desenvolver eletrônico incorporado Espalhadores de calor que melhoram a dissipação térmica em eletrônicos e CPUs. Indo além dos métodos tradicionais de fabricação subtrativa, o projeto alavancou a impressão 3D para criar geometrias complexas que aumentam a eficiência da troca de calor e o desempenho de refrigeração.
O desenvolvimento combinou os processos patenteados da Diamond Arduous Superfaces com o desenvolvimento de materiais da ADitive Analytics e a experiência em processamento a laser. Essa abordagem permitiu a produção de espalhadores de calor com maiores índices de área de superfície / quantity, ajudando a evitar pontos quentes e prolongar a vida útil de dispositivos compactos e de alto desempenho.
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A imagem em destaque mostra o candidato a PSU PhD, Tatiana El Dannaoui, instalando o protótipo do radiador na instalação de teste de vácuo térmico para simular a operação do ambiente espacial. Foto by way of PSU.