Modern Methods of Design, stress & thermal optimization for additive manufacturing of space components
Loading...
Date
Authors
Mašek, Jakub
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Aditivní výroba kovů na bázi laserového tavení prášku je moderní metoda pro přímou výrobu materiálu v daném místě geometrie dílu. Stejně jako u jiných aditivních technologií, tisk součástí po vrstvách umožňuje uplatnění nových návrhových metod, konstrukčně složitější a multifunkční komponenty, které lze rozsáhle optimalizovat. Aditivní výroba kovů umožňuje minimalizovat hmotnost součásti, zlepšit vlastnosti dílu a snížit výrobní náklady. Pro efektivní využití těchto výhod je potřeba vyvinout nové specifické přístupy k návrhu pro aditiv a komplexní optimalizační software. Přestože je laserové tavení (SLM) velmi perspektivní technologie, zejména pro vesmírný průmysl, technologická vyspělost je stále nízká kvůli nedostatku zkušeností a v praxi ověřených postupů. V posledních letech se však zájem průmyslu dramaticky zvyšuje. Vesmírné aplikace kladou extrémně vysoké nároky na součásti – zejména na kvalitu a přesnost, minimální hmotnost a ekonomickou efektivitu. Takovou technologií je i miniaturní tepelný spínač pro tepelnou regulaci satelitů nebo kosmických sond. V současné době je vyvíjen na Leteckém ústavu, VUT v Brně pro Evropskou kosmickou agenturu. Projekt má navíc vysoký potenciál pro uplatnění aditivních technologií. Pojednání ke Státní doktorské zkoušce se zabývá současným stavem poznání v oblasti aditivní výroby kovů a konstrukčního návrhu pro aditiv, aplikace 3D tisku kovů do kosmického průmyslu a technologií kosmických tepelných spínačů. Cílem disertační práce je zvýšit schopnost a efektivitu vývoje vesmírných zařízení se zahrnutím aditivní výroby kovů.
Additive manufacturing of metals based on powder bed laser melting is a young and modern method for both the material and part manufacturing. Alike other additive technologies, building part layer-by-layer enables new design approaches, more complex and multi-functional components that can be extensively optimized. Moreover, it is essential to minimize mass of the part, improve performance and diminish the production costs. In order to use these benefits, new additive design methods, capabilities and complex optimization tools have to be developed. Even though the Selective Laser Melting is a highly promising technology, particularly for the space industry, the maturity level is still low due to limited experiences and the lack of best practices. Nevertheless, the commercial interest increases rapidly in recent years. Space applications pose extremely high physical demands on equipment – product quality, weight restrictions and economical effectiveness. A Miniaturised heat switch for thermal management of satellites or space probes is such a technology currently under development at the Institute of Aerospace Engineering, Brno University of Technology for the European Space Agency. The project has a high potential to benefit from the additive redesign. Theoretical part of the PhD Thesis presents the state-of-the-art of the additive design capabilities, the application of additive to space industry and a heat switch technology. All in all to increase the development capabilities of space components with implementation of additive manufacturing of metals.
Additive manufacturing of metals based on powder bed laser melting is a young and modern method for both the material and part manufacturing. Alike other additive technologies, building part layer-by-layer enables new design approaches, more complex and multi-functional components that can be extensively optimized. Moreover, it is essential to minimize mass of the part, improve performance and diminish the production costs. In order to use these benefits, new additive design methods, capabilities and complex optimization tools have to be developed. Even though the Selective Laser Melting is a highly promising technology, particularly for the space industry, the maturity level is still low due to limited experiences and the lack of best practices. Nevertheless, the commercial interest increases rapidly in recent years. Space applications pose extremely high physical demands on equipment – product quality, weight restrictions and economical effectiveness. A Miniaturised heat switch for thermal management of satellites or space probes is such a technology currently under development at the Institute of Aerospace Engineering, Brno University of Technology for the European Space Agency. The project has a high potential to benefit from the additive redesign. Theoretical part of the PhD Thesis presents the state-of-the-art of the additive design capabilities, the application of additive to space industry and a heat switch technology. All in all to increase the development capabilities of space components with implementation of additive manufacturing of metals.
Description
Keywords
Konstrukční návrh, kosmická technologie, miniaturní tepelný spínač, aditivní výroba kovů, tepelně-pevnostní optimalizace, experimentální vývoj dílu, vysoká tepelná vodivost, Additive Design, Space Technology, Miniaturised Heat Switch, Additive Manufacturing of Metals, Thermal-Stress Optimization, Component Experimental Development, High Thermal Conductivity
Citation
MAŠEK, J. Modern Methods of Design, stress & thermal optimization for additive manufacturing of space components [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Juraj Hub, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Dušan Teichmann, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Zdeněk Karpíšek, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D. (člen)
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (předseda)
Date of acceptance
2024-12-05
Defence
DP je zaměřena na moderní metody návrhu vesmírných komponentů na principech optimalizace. Práce může mít v budoucnu rozsáhlý aplikační charakter. Student prokázal tvůrčí schopnosti. Cíle DP byly splněny.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení