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적층 제조를 발전시키기 위한 노력의 일환으로 연구진은 NASA의 의견과 함께 우주국에서 로봇 달 탐사선에 사용하는 디자인과 동일한 바퀴를 3D 프린팅했습니다. 이 프로세스에서는 우주 탐사에 필요한 특수 부품에 이 기술을 어떻게 사용할 수 있는지 강조합니다.

에너지부 산하 오크리지 국립연구소(ORNL) 팀의 경우 VIPER(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)의 경량 바퀴가 디자인에 영감을 주었습니다. NASA는 2024년에 이동식 로봇을 사용하여 달 남극 근처의 얼음과 기타 가능한 자원을 조사하기를 희망하고 있습니다.

바퀴가 실제 로버 자체에는 사용되지 않지만 인쇄된 바퀴의 성능은 내년에 달에서 사용될 기존 방식으로 제작된 바퀴와 비교하여 NASA에서 평가될 것입니다.

적층 프린팅은 설계 복잡성과 재료 특성의 맞춤화를 허용하는 동시에 에너지 소비, 재료 낭비 및 리드 타임을 낮출 수 있습니다.

바퀴를 3D 프린팅한 ORNL에 위치한 제조 실증 시설(MDF)은 산업, 운송, 청정 에너지 산업에서 다양한 용도로 사용할 수 있는 기술을 10년 넘게 개발해 왔습니다.

생산 공정에는 동기화된 레이저, 회전식 빌드 플레이트, 맞춤형 3D 프린터가 포함되었으며, 이를 사용하여 금속 분말을 원하는 형태로 정밀하게 녹였습니다. 표준 금속 파우더 베드 시스템은 다음 단계로 작동합니다. 캐비닛 크기의 기계에서 고정된 플레이트 위에 파우더 층을 긁어냅니다. 그런 다음 레이저로 층을 선택적으로 녹인 후 플레이트를 부드럽게 낮추고 절차를 반복합니다.

새로운 레이저 파우더 베드 융합 시스템의 MDF 개발을 감독하는 Peter Wang에 따르면, 로버 휠 프로토타입에 사용된 프린터는 사람이 들어갈 수 있을 만큼 크고 스테이지가 동시에 진행되는 동안 상당한 품목을 인쇄할 수 있는 능력이 탁월합니다. 끊임없이. 또한 핵심은 "휠 디자인을 수직 레이어로 "슬라이스"한 다음 두 레이저 간의 작업량 균형을 맞춰 균등하게 인쇄하여 높은 생산 속도를 달성하기 위해 ORNL에서 개발한 소프트웨어"라고 ORNL은 밝혔습니다.

팀은 이 공정이 생산 속도를 증가시켜 증착이 50% 더 빠르게 진행되는 데 도움이 되었다고 말합니다. Wang은 "우리는 시스템이 할 수 있는 작업의 표면에만 긁힌 것일 뿐입니다. 특히 대규모 및 대량 생산에서 이것이 레이저 파우더 베드 인쇄의 미래가 될 것이라고 생각합니다"라고 말했습니다.

적층 제조 작업에 관한 연구는 Mary Ann Liebert 저널에 게재되었습니다.

3D 프린팅된 바퀴의 크기는 너비가 약 8인치, 둘레가 20인치였으며 니켈 기반 합금으로 만들어졌습니다. 팀에 따르면, 사용된 적층 인쇄 기술은 큰 작업 영역에 걸쳐 정밀한 기하학적 세부 사항을 인쇄할 수 있는 능력을 보여주어 비용을 높이거나 제조를 복잡하게 하지 않고도 림 디자인의 복잡성을 허용합니다.

4개의 VIPER 휠은 내년에 사용될 예정입니다. 이와 대조적으로 여러 제조 절차와 조립 단계가 필요했습니다. VIPER의 50피스 휠 림은 리벳으로 360개 지점에서 연결됩니다. 임무의 까다로운 요구 사항으로 인해 노동 집약적이고 정교한 생산 절차가 필요했습니다.

대조적으로, 미래의 로버는 NASA 테스트에서 3D 프린팅 프로토타입이 전통적으로 제작된 바퀴만큼 내구성이 있다는 것이 입증되면 ORNL을 만드는 데 단 40시간밖에 걸리지 않는 단일 프린팅 휠 림을 대신 사용할 수 있습니다.

연구원들은 적층 제조 공정을 통해 ORNL과 NASA 전문가들이 휠의 강성을 높이기 위해 각진 측벽, 돔형 형태, 물결 모양 트레드 등의 정밀한 디자인 요소 프린팅을 조사할 수 있었다고 말했습니다. 기존의 제조 기술을 사용하면 현재 VIPER 휠 디자인에 이러한 기능을 포함하는 것이 불가능합니다. 더 복잡한 스포크 패턴과 스포크 잠금 기능을 갖춘 휠을 허용했음에도 불구하고 3D 프린팅은 휠 디자인을 더 간단하고 저렴하며 조립하기 쉽게 만들었습니다.