Pengelasan ultrasonik membuat suku cadang untuk misi NASA, industri komersial
HI-Tech

Pengelasan ultrasonik membuat suku cadang untuk misi NASA, industri komersial


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

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

Saluran air yang bocor selalu mahal dan berantakan, tetapi pipa yang gagal di luar angkasa bisa menjadi misi yang berakhir. Itu sebabnya teknolog NASA bekerja keras untuk membuat perangkat keras seandal mungkin. Terkadang itu berarti membuang cara lama dalam melakukan sesuatu dan bereksperimen dengan bahan baru – atau proses fabrikasi.

Tantangan ini mendorong Scott Roberts, seorang teknolog 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 berpikir itu dapat digunakan untuk meningkatkan keandalan penukar panas, komponen penting dari setiap pesawat ruang angkasa. Perbaikan yang dilakukan satu perusahaan pada proses UAM untuk membantu Roberts membangun pesawat ruang angkasa yang lebih baik sekarang mulai membuahkan hasil di industri dari aeronautika hingga pengeboran minyak.

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

Apa hubungan pencetakan 3D dengan pipa?

Suhu adalah masalah yang sangat sulit di ruang angkasa, di mana suhu ekstrem dapat bervariasi hingga ratusan derajat. Penukar panas membantu menjaga suhu tetap di dalam pesawat ruang angkasa dengan menghilangkan panas berlebih atau menarik lebih banyak panas. Secara tradisional, perangkat ini termasuk pipa panjang yang meliuk-liuk yang menempel pada pelat logam dengan tanda kurung dan epoksi. Meskipun efektif, mereka terdiri dari banyak bagian yang saling berhubungan, memperkenalkan banyak titik kegagalan potensial.

Namun, dengan manufaktur aditif ultrasonik, seluruh perangkat dapat dibuat sebagai satu kesatuan. Pendanaan Small Business Innovation Research (SBIR) yang disediakan oleh JPL memungkinkan Roberts untuk bekerja dengan Fabrisonic LLC yang berbasis di Columbus, Ohio dalam desain penukar panas baru. Sebagai subkontraktor untuk Sheridan Solutions LLC, Fabrisonic memulai dengan proses yang ada yang membangun beberapa lapisan tipis logam dengan menggabungkannya bersama dengan getaran frekuensi tinggi. Untuk membuat penukar panas, saluran melengkung diukir ke dalam logam berlapis dan kemudian ditutup di bawah lapisan tambahan.

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

Bagaimana getaran bisa melebur logam?

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

Panas yang dibutuhkan relatif sedikit karena suhu ikatan untuk logam jauh di bawah suhu lelehnya. Fabrisonic dapat dengan cepat menyatukan lapisan seluas enam kaki persegi, sehingga memungkinkan untuk membuat bagian dengan geometri yang kompleks dalam hitungan hari, bukan bulan yang dibutuhkan oleh praktik fabrikasi tradisional. Ini memperpendek siklus pengembangan untuk pesawat ruang angkasa atau mempercepat pembuatan suku cadang komersial.

Pengelasan ultrasonik membuat suku cadang untuk misi NASA, industri komersial

CubeSats dapat digunakan untuk berbagai tugas, tetapi ukurannya yang kecil membuatnya menjadi tantangan untuk menyesuaikan semua bagian serta pelindung yang diperlukan untuk mengelola suhu ruang yang ekstrem. NASA tertarik pada teknik manufaktur baru yang memungkinkan penggunaan material secara lebih efisien. Kredit: NASA

Mengapa menggabungkan logam yang berbeda?

Melindungi komponen elektronik dari radiasi luar angkasa yang intens yang dapat menghancurkannya merupakan tantangan ketika semua yang ada di pesawat ruang angkasa harus ringan. Itu salah satu masalah yang Roberts coba pecahkan dengan menggunakan materi baru. Dana SBIR tambahan yang disediakan oleh Pusat Penelitian Langley NASA di Hampton, Virginia, membayar Fabrisonic untuk menambahkan lapisan tantalum logam tahan radiasi di tengah bagian pesawat ruang angkasa aluminium.

Tidak seperti bentuk pengelasan lain, UAM tidak akan menyebabkan logam yang berbeda mencair dan bercampur. Insinyur dapat mengandalkan sifat masing-masing logam untuk tetap konstan dan bekerja seperti yang diharapkan, kata Mark Norfolk, presiden Fabrisonic. Kualitas ini menunjukkan bahwa NASA dapat mewujudkan tujuannya menggabungkan aluminium dengan tantalum.

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

Mengapa menempatkan sensor di dalam logam?

Sensor serat optik baru dapat mendeteksi ketegangan atau kelemahan logam dan memprediksi kemungkinan kegagalan sebelum terjadi. Tetapi logam yang diproduksi menggunakan metode tradisional hanya dapat mendukung sensor ini di bagian luar. Dalam upaya untuk menanamkan mereka, panas yang digunakan dalam proses manufaktur akan menghancurkan perangkat halus.

Pendanaan SBIR lainnya dari Langley membantu Fabrisonic, sekali lagi sebagai subkontraktor Sheridan, menguji efektivitas sensor yang terpasang di bagian dalam komponen aluminium dengan pengelasan ultrasonik. Setelah beberapa percobaan dan kesalahan untuk menemukan sensor terbaik untuk aplikasi inovatif semacam itu, para insinyur dapat memperoleh data waktu nyata yang akurat tentang kesehatan dan kinerja logam. Karena sensor dilindungi, mereka dapat berfungsi di lingkungan yang keras. Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee, yang melakukan penelitian energi dan nuklir, berhasil menggunakan sensor tertanam Fabrisonic di fasilitasnya. Dalam pengujian aeronautika NASA, sensor Fabrisonic ini membantu mendeteksi kelemahan dan masalah kinerja di badan pesawat komersial.

Bagaimana jika saya ingin mencetak bagian kecil sendiri?

Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, sementara itu, mendanai eksplorasi Fabrisonic tentang penggunaan bahan logam canggih dan UAM untuk manufaktur dalam ruang, kali ini sebagai subkontraktor pada kontrak SBIR Tahap I dan II 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 memiliki desain yang siap tetapi tidak tahu apakah itu akan berhasil. Spesifikasi NASA memungkinkan pembuatan, pengujian, dan penyempurnaan komponen terpenting dari printer – kepala las. Bagian ini mentransfer getaran ultrasonik ke pita logam yang digunakan di printer.

Miniaturisasi teknologi ini untuk membuat bagian yang lebih kecil menawarkan pendekatan yang lebih hemat biaya daripada menggunakan proses UAM industri. Penjualan komersial dari printer SonicLayer 1200 yang dihasilkan perusahaan telah menghasilkan pendapatan $1 juta, dengan satu pelanggan memproduksi lebih dari 70.000 suku cadang sendiri.

Keberhasilan komersial telah memungkinkan perusahaan untuk mengembangkan basis pelanggan yang beragam dan berlipat ganda, tumbuh menjadi 12 karyawan.

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


Peleburan berkas elektron membentuk logam rapuh


Kutipan: Pengelasan ultrasonik membuat suku cadang untuk misi NASA, industri komersial (2021, 31 Mei) diambil 31 Mei 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-05-ultrasonic-welding-nasa-missions-commercial.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Keluaran SGP