Команда компании 3D Systems планирует сотрудничать с Airbus Defence and Space для адаптивного производства металлических радиочастотных фильтров.
Компания Leuven – бельгийское отделение 3D Systems – заключила в британском Стивинедже соглашение о сотрудничестве с компанией Airbus Defence and Space, результатом которого должен стать первый в мире пригодный к использованию в летательных аппаратах спутниковый радиочастотный фильтр, выпускаемый методом адаптивного производства из металла. Согласно информации компании 3D Systems, использование технологии адаптивного производства из металла позволит снизить вес изделия на 50% в сравнении с весом частотных фильтров, выпускаемых по традиционной технологии.
Металлические радиочастотные фильтры или волноводы применяются уже на протяжении почти 50 лет – с момента зарождения спутниковой связи. Радиочастотные фильтры выступают в роли «волноводов», позволяя проходить частотам избранных каналов и отсекая частоты сигналов, не относящихся к данным каналам. В спутниках связи высокой ёмкости иногда может использоваться до 500 радиочастотных фильтров, включающих в себя более 600 волноводов, многие из которых специально разработаны для конкретных частот.
Радиочастотный фильтр, выпускаемый по технологии адаптивного производства из металла, был разработан при финансовой поддержке Европейского космического агентства в рамках проекта «Моделирование и проектирование оптимизированных компонентов волноводов с использованием технологий 3D печати». Информация об успешном тестировании и валидации данных продуктов продолжает тенденцию роста объёмов адаптивного производства из металла в аэрокосмической отрасли, при этом технология развивается быстрыми темпами – от создания рабочих моделей до производства деталей и сборки готовых и узлов летательных аппаратов.
Основная цель данного проекта состоит в увеличении производительности, производственной эффективности и возможностей для настройки радиочастотных фильтров для современных спутников связи, а также в производстве компонентов, которые смогут пройти тщательное тестирование от компании Airbus Defence and Space. Стоимость отправки спутника на геостационарную орбиту может составлять до 20 000 долларов за килограмм его веса; поэтому каждый создаваемый новый компонент спутника должен иметь максимально малую массу.
Компания 3D Systems разработала новую схему производства радиочастотных фильтров, которая предусматривает использование ProX DMP 320 – системы адаптивного производства из лазерного порошка, которая представляет собой принтер прямой металлической печати. Помимо снижения массы готового изделия на 50%, компании удалось объединить фильтр из двух частей в одну, повысить его функциональность благодаря созданию внутренней структуры, которую невозможно было создать путём традиционного производства, сократить время производства, а также снизить стоимость производства по индивидуальным заказам.
Радиочастотные фильтры традиционно разрабатывались с использованием библиотек стандартизированных элементов, что было продиктовано ограничениями производственного процесса, – таких как прямоугольные полости и поперечное сечение волноводов с перпендикулярными изгибами. Благодаря использованию традиционных производственных процессов – таких, как измельчение и искрообразование – такие формы создавались благодаря производству радиочастотных фильтров в виде двух отдельных половинок, которые затем скручивались вместе, формируя одно устройство. Это увеличивало массу, добавляло в производственный процесс элемент сборки и дополнительное время, а также требовало дополнительной проверки качества.
При разработке узла для адаптивного производства, компаниям 3D Systems и Airbus Defence and Space удалось выработать технологию производства сложных геометрических форм без увеличения стоимости. В основе внутренней структуры нового радиочастотного фильтра лежит серия сжатых сверхэллипсоидальных полостей. Согласно информации компании 3D Systems, данная уникальная внутренняя структура, которой невозможно было достичь путём традиционного производства, позволит устройству пропускать и отсекать радиосигналы различной длины волны с минимальными потерями.
В ряде случаев разница в топологии поверхности узлов, создаваемых методом адаптивного производства из металла и традиционным путём может представлять собой проблему. Микроскопическая топология деталей, произведённых на станках, включает в себя «острые пики и впадины», сферические порошки, используемые для адаптивного производства из металла, позволяют получать плавную, «волнообразную» топологию, в которой нет крутых переходов. Впрочем, в результате проведения компанией Airbus Defence and Space компьютерной томографии было выявлено, что радиочастотные фильтры, выпускаемые по технологии адаптивного производства из металла, имеют качественную структуру поверхности, а преимущества их внутренней структуры перекрывают все возможные недостатки топологии поверхности.
По результатам проведения тестов, имитирующих условия, с которыми радиочастотные фильтры сталкиваются в момент запуска и во время нахождения на орбите – в частности, вибрацию, удары, перепады температур, воздействие вакуума – в компании Airbus Defence and Space заявили, что все тестируемые образцы превзошли требования. При этом наилучшей производительностью обладали радиочастотные фильтры, которые прошли после производства электролитическое серебрение.
Инженер отдела радиоэлектроники в компании Airbus Defence and Space Пол Бут заявил: «Успешная реализация данного проекта открывает возможности для более широкой интеграции радиочастотных фильтров с механическими и тепловыми компонентами с целью уменьшения количества деталей и общей массы. Мы также изучаем возможность интеграции большего количества функций – в частности, тестовых соединений, в состав фильтра или их непосредственной интеграции в волноводы. Мы видим огромный потенциал для снижения массы, а также сокращения сроков и снижения расходов на производство».
