유럽 ​​우주국(European Space Agency), 3D 프린팅된 무마찰 기어 프로젝트 지원

이제 2023년 3D 프린팅 산업 어워드 후보가 공개되었습니다. 3D 프린팅 분야의 리더는 누구입니까? 11월 30일 런던에서 열리는 라이브 시상식에서 20개 부문의 우승자가 언제 발표되는지 알아보세요.

스위스 전자 및 마이크로기술 센터(CSEM)는 금속 3D 프린팅 전문업체인 3D Precision and Space 및 Naval SME Almatech SA와 협력하여 CRRM(Compliant Rotation Reduction Mechanism)을 설계, 3D 프린팅 및 테스트했습니다.

고성능 스테인리스 스틸로 제작된 3D 프린팅 올인원 CRRM은 마찰이 없는 기어 '호환 메커니즘'입니다.

기어 시스템은 윤활 없이 스러스터, 센서, 망원경 렌즈 또는 거울과 같은 항공우주 부품을 정밀하게 회전할 수 있도록 설계되었습니다. 이를 달성하기 위해 CRRM은 굽힘 또는 '탄성 변형'을 사용하고 24개의 구부릴 수 있는 블레이드를 통합하며 그 중 16개는 서로 맞물려 있습니다.

"COMAM"이라고 불리는 이 프로젝트는 2018년에 시작되었으며 유럽 우주국(ESA)의 일반 지원 기술 프로그램(GSTP)의 자금 지원을 받았습니다. CSEM이 설계한 CRRM은 3D Precision이 3D 프린팅했으며 성능 테스트는 Almatech SA가 수행했습니다.

ESA 기술 책임자인 Paolo Zaltron은 “변형 가능하고 견고한 부품은 하나의 단일 구조로 함께 제작되어 조립 및 정렬에 시간이 많이 걸리지 않습니다.”라고 설명했습니다. "그들의 특이한 모양은 적층 제조 기술의 경계를 넓혔으며 전례 없는 높은 유연성과 낮은 질량으로 이어지는 고급 최적화 기술의 결과입니다."

마찰 없는 기어를 3D 프린팅

우주 응용 분야에서 윤활유를 사용하면 민감한 시스템이 원치 않게 오염될 수 있으며 마모를 유발하여 구성 요소의 전체 작동 수명을 단축할 수 있습니다. 따라서 윤활이 필요하지 않은 마찰 없는 메커니즘이 특히 매력적입니다.

호환 메커니즘은 우주 응용 분야에서 잘 알려져 있으며 마찰 없는 움직임이 필요한 곳에 종종 사용되지만 설계 및 생산은 까다롭습니다. 이는 이러한 메커니즘이 복잡한 아키텍처를 갖고 있으며 전통적으로 함께 가공, 검증, 정렬 및 고정되는 다양한 정밀 부품으로 구성되어 있기 때문입니다.

적층 제조는 설계 자유도와 조립 요구 사항 없이 복잡한 모놀리식 형태를 생산할 수 있는 가능성을 포함하여 이러한 메커니즘 생산에 상당한 이점을 제공합니다. 실제로 교차 피벗과 8개의 중간 단계를 형성하기 위한 24개의 굴곡 블레이드를 CRRM에 통합하는 것은 적층 가공을 사용하지 않고서는 이렇게 작은 부피에서는 불가능할 것이라고 주장됩니다. 또한 3D 프린팅의 이점 덕분에 적절한 운동학을 보장하기 위해 굴곡 구조 사이에 정렬이 필요하지 않습니다.

메커니즘을 설계하기 위해 팀은 파라메트릭 최적화와 토폴로지 최적화를 결합했습니다. 이 조합은 부품의 질량과 고유진동수를 크게 향상시켜 550Hz 이상의 첫 번째 고유모드를 제공한다고 합니다. 궁극적으로 CRRM은 10배의 회전 동작 감소를 허용하며 특히 스캐닝, 포인팅, 보정 또는 플립 미러 메커니즘에 유용합니다.

이번 프로젝트의 전반적인 결과는 “매우 고무적”이라고 평가되지만, 제작 및 테스트된 두 개의 브로드보드 모델의 왜곡으로 인해 성능 및 수명 테스트 결과가 어려움을 겪었습니다.

테스트 프로세스의 전체 결과와 CRRM 개발 및 생산에 관한 추가 정보는 CEAS Space Journal을 통해 확인할 수 있습니다.

3D 프린팅 항공우주 부품

항공우주 부품 생산에 적층 가공을 사용하는 것은 새로운 것이 아닙니다. 올해 초 호주의 열 전달 전문업체인 Conflux Technology는 독일에 본사를 둔 우주 로켓 제조업체인 Rocket Factory Augsburg(RFA)와 제휴하여 3D 프린팅된 Conflux 열 교환기 기술을 궤도 로켓에 내장했다고 발표했습니다.