Одна деталь вместо ста

Грейпвайн, ТЕХАС, 20 июня 2017 г. – Компания «Optisys LLC», поставщик микроантенн, изготавливаемых методом трехмерной печати из металла для высокоэффективных аэрокосмических и оборонных комплексов, недавно завершила проект, свидетельствующий о значительных достижениях в использовании аддитивных технологий для изготовления таких систем.

Антенны критически важны для передачи информации – речевой, видео и/или данных – на большие расстояния. Они широко применяются на коммерческих и военных самолетах, на космических аппаратах, в системах спутниковой связи, на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), а также на наземных оконечных станциях связи и в войсках наземного базирования. При этом сложные радиочастотные (РЧ) компоненты, составляющие антенные системы, могут быть крупными и тяжелыми – характеристики, способные приводить к снижению мобильности и рабочих параметров.«Компании в коммерческой и военной сфере испытывают необходимость в сокращении времени производства, снижении веса и уменьшении размеров антенн», – говорит Клинтон Кэти, генеральный директор компании «Optisys». «Объединяя конструкторское моделирование РЧ-систем, технологии машиностроения и оптимизацию систем, ориентированные на аддитивное производство, мы производим, используя трехмерную печать из металла, антенное оборудование со значительно меньшими размерами, весом, временем производства, количеством деталей и стоимостью, и при этом – с такими же или лучшими РЧ-характеристиками, как у систем, изготовленных традиционными способами. Мы создаем конструкции, которые было просто невозможно изготовить в прошлом».Демонстрационный проект с опытным образцом включает полное перепроектирование широкополосной взаимонаправленной антенной решетки для самолетов (известной как моноимпульсная антенная решетка 4×4 Ка-диапазона). Компания «Optisys» реализовала все аспекты конструкторских работ собственными силами и напечатала компонент как цельное изделие на своем промышленном 3D принтере по металлу Concept Laser.

По словам Кэти, «технология плавления материала в заранее сформированном слое, используемая в Concept Laser, идеально подходит для данной задачи, так как она обеспечивает отличное разрешение для антенн, функционирующих в РЧ-диапазоне от одного до ста гигагерц (ГГц), в котором работает большинство наших потенциальных заказчиков».

«Изготовление антенн традиционными методами, например, с использованием пайки и электроэрозионной обработки – сложный многоэтапный процесс, в котором в среднем восемь месяцев может занимать разработка, и еще от трех до шести месяцев – изготовление», – говорит Роберт Смит, магистр технических наук, главный операционный директор компании «Optisys».

«Наше уникальное предложение состоит в том, что мы перепроектировали всё с учетом возможностей аддитивного производства», – говорит Смит. «Мы приняли во внимание весь набор функций системы, объединили множество деталей в одну, и сократили как время разработки, так и время производства всего до нескольких недель. Результатом стало радикальное улучшение антенны по размерам и весу при меньших затратах».

Компания «Optisys» провела анализ преимуществ своего опытного образца перепроектированной микроволновой антенны по сравнению со старой конструкцией, изготавливаемой традиционным образом. Путем оптимизации своей конструкции для аддитивного производства компания «Optisys» добилась следующих преимуществ:

• уменьшение количества деталей со100 дискретных элементов до одного цельного интегрированного узла;
• сокращение веса до 95%;
• сокращение времени производства с 11 до 2 месяцев;
• сокращение производственных затрат на 20-25%;
• сокращение единовременных затрат на 75%.
  
  

Другие преимущества трехмерной печати

«В дополнение к тому, что показал наш проект с опытным образцом антенны, трехмерная печать обеспечивает ряд других преимуществ», – говорит Смит. «Когда мы проектируем множество компонентов антенны в виде единого изделия, мы уменьшаем общие погрешности, обусловленные сборкой деталей. А так как наши антенны имеют существенно меньшие размеры, это приводит к резкому уменьшению погрешностей, несмотря на более высокую шероховатость поверхности конструкций, выполненных методом аддитивного производства; в результате обеспечиваются аналогичные или даже лучшие РЧ-характеристики по сравнению с традиционными сборками».

Используя систему 3D печати Concept Laser, компания «Optisys» может выполнять печать из целого ряда металлов, однако для антенных изделий компания предпочитает алюминий из-за его поверхностной проводимости, малого веса, коррозионной стойкости, прочности при ударах и вибрации. «Металл, используемый при трехмерной печати, имеет в отношении РЧ-характеристик практически такие же свойства, как и сплошной кусок того же материала», – говорит Смит. «В конструкционном отношении изделия прошли испытания в условиях жестких вибраций; кроме того, они имели такие же коэффициенты теплового расширения, что и штампованные изделия из металлов. Это также придает им лучшую температурную стабильность, чем у пластмассовых РЧ-компонентов».

По словам Смита, консолидация деталей при аддитивном производстве обеспечивает также ряд дополнительных преимуществ. «Уменьшение количества деталей также уменьшает объем работ по сборке и доработкам. К существующей конструкции, выполненной методом аддитивного производства, легко добавить какие-либо свойства, готовые компоненты проще собирать, и в долгосрочной перспективе при меньшем количестве деталей потребуется меньше испытаний, работ по техническому обслуживанию и ремонту».

Коллектив компании «Optisys» имеет, в общей сложности, 60-летний опыт работы в аэрокосмической области по направлению спутниковой связи, а также в области проектирования РЧ-систем, систем связи в пределах прямой видимости и проектирования механических систем. «На протяжении многих лет мы разрабатывали параметры и процессы нашего набора технологий для оптимизации антенных систем», – говорит Кэти. «Мы проверяем наши разработки путем моделирования, испытываем их на всех частотах, используемых в аэрокосмической отрасли, и производим детали для нашей продукции с уровнем надежности, соответствующим военной приемке». Компанией поданы заявки на ряд патентов; кроме того, мы обсуждаем с ведущими аэрокосмическими компаниями и учебно-научными учреждениями возможности для расширения своего портфеля номенклатуры выпускаемых изделий.

О компании « Optisys »

Компания «Optisys» разрабатывает системно-оптимизированные микроволновые антенны для коммерческих, аэрокосмических и оборонных приложений, используя трехмерную печать из металла. Являясь компанией с полным циклом работ по проектированию, моделированию, конструированию и производству, «Optisys» специализируется в применении аддитивного производства для обеспечения существенного снижения размеров, веса, затрат времени на производство, а также повышения надежности продукции путем создания структур, невозможных в прошлом.