空间光学成像系统是指在空间利用光学设备对空间和地球进行观测与研究的系统,主要包括空间望远镜和对地观测遥感系统。近期,中国航天科技集团公司第五研究院508所联合上海交通大学,针对空间光学系统中悬吊式反射镜的轻量化支撑需求,创新性提出采用金属3D打印技术完成反射镜支撑结构的成形制备。beats365官方唯一入口子公司镭明激光为该研究提供了关键的设备支持。
该悬吊式反射镜支撑结构采用悬臂垂吊式支撑方案,整个反射镜组件置于定标机构顶端。为确保底部活动机构的安全运行,其总质量需严格控制在17kg以下。针对这一严苛的设计需求,研究团队对反射镜支撑结构进行了拓扑优化,通过细化单元网格,显著提高了优化精度。
经过迭代优化,最终确定的反射镜支撑结构方案为:蒙皮厚度0.8 mm,BCC晶格尺寸为6 mm × 6 mm × 6 mm,杆径0.6 mm;在局部应力集中区域(如底座安装孔、悬吊弯脖处)增加了尺寸为3 mm × 3 mm × 3 mm的加密点阵;并在底座薄弱位置增设局部加强筋,有效提升了底座刚度。
最终设计完成的3D打印反射镜支撑结构质量仅为6.5 kg,使得整个反射镜组件质量控制在16.5 kg。对组件整体进行有限元模型仿真分析,结果显示各项指标均满足对应要求。
子公司镭明激光金属3D打印设备为研究的顺利推进提供了有力保障。团队研究人员借助LiM-X800设备,采用钛合金材质一体化打印成形反射镜支撑结构。经检测,打印成品全局最大变形量为1.5 mm,加工位置的变形量小于1 mm,均处于可加工范围内。
将打印成形的支撑结构应用于反射镜组件进行实际测试,结果显示:试验前后反射镜转角小于6″,刚体位移小于0.02 mm,这些变化量均在光学装调误差范围内。该试验结果表明,3D打印支撑结构力学性能稳定、比刚度高,成功解决了异形反射镜悬吊支撑中的刚度匹配与轻量化设计难题,为空间光学载荷支撑系统提供了创新性的解决方案。
LiM-X800设备采用成形、清粉、取件三工位结构设计,操作便捷;设备标配6激光,用户可自由选配8、10激光。其长效过滤系统具备反吹功能,采用寿命超100,000小时的长效滤芯,确保打印过程连续不间断;设备可配备粉床监控系统,对每层铺粉质量和熔凝质量进行实时监控,显著提升了打印过程的稳定性,能够高效制备符合需求的工件。
金属3D打印装备作为未来工业母机的典型革新代表,对加快航空航天、能源动力等高端制造领域的产品研发试制与设计迭代具有重要作用。此次成功参与空间反射镜支撑结构的成形制备,进一步拓宽了金属3D打印技术在空天领域的应用场景。未来,我们将持续发挥自身技术优势,凭借优质设备和良好的技术服务,助力更多领域用户取得突破性进展。