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3D Systems与空中客车防务和太空公司合作生产金属AM卫星射频滤波器

3D Systems位于比利时的Leuven部门与位于英国斯蒂夫尼奇的空中客车公司的国防部和太空公司合作,提供了它所称的第一款适用于电信卫星的飞行金属加成制造的射频(RF)滤波器。据3D Systems称,与传统制造的RF滤波器相比,金属增材制造的使用使公司的重量减轻了50%。

自从近五十年前引入空间通信系统以来,金属RF或波导滤波器一直在使用。RF滤波器通过允许来自所选通道的频率通过,并从这些通道外的信号中抑制频率,充当“波导”。大容量通信卫星有时可以携带多达500个RF滤波器,其中包含600多个波导,其中许多是专门为处理特定频率而设计的。

3D Systems的金属加成制造的RF滤波器是在欧洲航天局的资助下开发的,作为其“利用3D制造技术优化波导元件的建模和设计”项目的一部分。成功测试和验证该部件的消息遵循航空航天工业中金属AM使用量增加的趋势,该技术迅速从原型制造到生产零件和组件准备飞行。

该项目的主要目标是提高现代电信卫星射频滤波器的性能,生产效率和定制能力,并生产出能够通过空中客车防务和航天公司严格测试的部件。将卫星送入地球静止轨道每千克重量可能高达20,000美元; 因此,每个设计的新卫星部件也必须尽可能轻。

3D Systems开发了用于生产ProX®DMP320的新型RF过滤器,这是一种激光粉末床添加剂制造系统,它被称为直接金属打印机。除了实现50%的重量减轻外,该公司还能够将过滤器从两个部分合二为一,通过采用传统方式无法制造的内部结构来改善其功能,缩短生产时间并降低定制设计的生产成本。

传统上,RF滤波器使用由制造工艺的限制所规定的标准化元件库来设计,例如矩形腔和具有垂直弯曲的波导横截面。使用诸如铣削和火花腐蚀的制造工艺,传统上通过将每个RF滤波器加工成两半然后用螺栓连接在一起来实现这些形状。这增加了重量,增加了生产时间的装配步骤,并需要额外的质量评估。

在为AM设计零件时,3D Systems和Airbus Defense and Space能够在不增加制造成本的情况下探索复杂的几何形状。新的RF滤波器设计采用基于一系列凹陷的超椭圆腔的内部结构。根据3D Systems的说法,这种独特的内部结构无法通过传统制造技术实现,使得该部件能够以尽可能小的能量损耗来引导和抑制不同波长的RF电流。

在某些情况下,金属附加制造和传统制造部件之间的表面拓扑差异可能是一个问题。虽然加工零件的微观拓扑通常包括尖锐的峰和谷,但金属AM中使用的球形粉末导致更平滑的“波浪”拓扑,而不是陡峭的过渡。然而,在空中客车防务和航天公司进行X射线CT扫描后,据报道金属AM射频滤波器具有良好的通用表面质量,其内部结构的优势超过了其表面拓扑结构带来的任何潜在缺点。

在测试过程中模拟射频滤波器在发射和进入轨道时将面临的条件,包括振动,冲击,极端温度和真空条件,空中客车防务和空间报告所有测试样品都超出要求,最佳性能来自射频滤波器在制造之后通过电解过程镀银。

空中客车防务与航天公司射频工程师保罗·布斯说:“该项目的成功开启了RF滤波器与机械和热部件更大程度集成的可能性,从而减少了部件数量和总体质量。我们还将考虑集成更多功能,例如测试耦合器,作为滤波器的一部分或直接集成到波导管路中。这里有巨大的潜力减少质量,同时减少生产时间和成本。“

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