CubeSat più leggeri se stampati in 3d grazie alla struttura reticolare

Strutture di reticoli di stampa 3D per un bus CubeSat più leggero

Poche cose hanno portato la scienza direttamente nelle mani del pubblico in generale più del CubeSat. Spesso stampati in 3D, questi satelliti in miniatura possono essere facilmente realizzati e riforniti con esperimenti. Chiunque, da scienziati professionisti a studenti delle scuole elementari, può costruire CubeSats e vederli lanciati nello spazio come parte dei carichi di missili. Ciò consente a chiunque di fare nuove scoperte e allo studio scientifico di essere presentato in modo pratico come mai prima d’ora.

CubeSats può essere realizzato semplicemente, oppure può anche essere complesso, e la stampa 3D può facilmente facilitare entrambi. In una tesi dal titolo “Progettazione e test di un bus strutturale CubeSat prodotto in modo additivo”, il tenente Karson A. Roberts della US Air Force descrive la stampa 3D per creare un bus strutturale CubeSat.

“Le recenti innovazioni nella produzione additiva e nelle capacità di progettazione hanno aperto la porta a maggiori opportunità di integrare più funzioni in un progetto strutturale”, afferma Roberts. “In particolare, la stampa 3D attraverso la fusione avanzata del letto a polvere laser di polvere di metallo consente lo sviluppo e l’integrazione di strutture avanzate che prima erano irraggiungibili.”

Roberts utilizza la tecnologia per sviluppare un bus CubeSat composto da varie funzionalità interne ed esterne, andando oltre il semplice supporto strutturale e aumentando ulteriormente le funzionalità e le funzionalità del satellite. Le funzioni integrate includono reticoli interni e schede di cablaggio. Roberts ha utilizzato le stampanti 3D disponibili presso l’ Air Force Institute of Technology (AFIT), che includeva una stampante Ultimaker 3 e una stampante Concept Laser M2 Cusing (il processo è anche chiamato fusione laser selettiva, sinterizzazione laser diretta e fusione a letto di polvere).

L’Ultimaker 3 è stato utilizzato per creare un proof of concept e le iterazioni iniziali del progetto, mentre M2 è stato utilizzato per stampare le parti metalliche del satellite in Inconel 718. Il bus CubeSat è stato progettato in SOLIDWORKS e un software di generazione reticolare chiamato nTopology Element è stato utilizzato per creare configurazioni reticolo e modelli che possono essere inseriti in una particolare parte. La ricerca di Roberts si è concentrata in particolare sulle strutture reticolari con l’obiettivo di rendere più solida e rigida una struttura precedentemente solida.

“… il disegno a griglia ha dimostrato un risparmio di massa rispetto a un autobus a pareti solide con le stesse dimensioni e lo stesso spessore della parete, stimato a 1010,05 g”, afferma Roberts. “Si tratta di una riduzione del 35% della massa rispetto alla massa totale prevista del progetto maschio / femmina. La massa effettiva di un bus a parete solida è sconosciuta poiché non è stata fabbricata, ma il design a griglia avrebbe ancora una riduzione dell’11% della massa, supponendo che una struttura a parete solida lavorata fosse esattamente la stessa della massa prevista “.
Il bus strutturale CubeSat, una volta completato, è stato quindi sottoposto a test di vibrazione per verificare se potesse resistere alle condizioni di lancio.

“Sfortunatamente, le cadute di frequenza naturale e di risposta di picco ai valori di frequenza naturali tra la scansione pre e post-sinusoidale erano prevalenti in questo test e non soddisfacevano i criteri di passaggio specificati dalla NASA GEVS”, spiega Roberts. “La ragione esatta di questo calo è sconosciuta e richiede ampi studi futuri.”
Lo studio non è risultato perfetto, come dimostrato dai risultati dei test di vibrazione, e Roberts sottolinea anche che era limitato dalle dimensioni delle stampanti 3D disponibili. Dichiara inoltre che una migliore conoscenza del software che ha usato potrebbe averlo giovato. Tuttavia, lo studio ha dimostrato che i design a reticolo possono ridurre notevolmente il peso e la massa di una struttura come un bus CubeSat e che la stampa 3D può effettivamente creare questi disegni. Questo è promettente per i futuri sviluppi di CubeSat.

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