Design considerations for additively manufactured parts on a surface mission to Enceladus
Silander, Rudolf (2019)
Diplomityö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120545789
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120545789
Tiivistelmä
This thesis aimed to study design considerations for additively manufactured parts on a specific mission profile to the surface of Enceladus (moon of Saturn). The literature review gathered information on additive manufacturing use cases in space and material requirements in space. The experimental part presents a novel real-life example of implementing a bioburden reduction method on the additively manufactured test specimen and observing the effects of the process.
The main results from the literature review are the limitations in utilizing polymers in the vacuum of space due to the outgassing and effects of process parameters on bioburden utilizing a standard bioburden reduction method. Industry standards limit polymers with outgassing rates. The reduction magnitude of the dry heat method applied depends on the temperature and time.
The tests carried out in the experimental part of this thesis showed the effects of the elevated temperature, which resulted in the part shrinking, but did not affect the tensile strength when compared to untreated specimens. The specimens held dimensions in other directions. The difference in tensile strength was numerically confirmed to be approximately less than 0.2 MPa between treated and untreated specimens. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia lisäävän valmistuksen suunnittelussa huomioitavia asioita, kun kohteena on Enceladuksen (Saturnuksen kuu) pinta. Kirjallisessa osiossa koottiin tietoa tutkimuksista, joissa on käytetty lisäävää valmistusta avaruussovelluksissa sekä kartoitettiin materiaalivaatimuksia avaruussovelluksiin. Kokeellisessa osiossa tutkittiin avaruusalan standardin mukaista kontaminaation vähennysmenetelmää ja sen vaikutuksia lisäävästi valmistettuihin koekappaleihin.
Kirjallisuusosan päätuloksia oli, että polymeerien käyttö avaruudessa on rajoitettua johtuen kaasuuntumisilmiöstä tyhjiössä. Toisena tuloksena selvisi ajan ja lämpötilan vaikutus kokonaiskontaminaatiotasoon, suoritettaessa kontaminaatiovähennys kuivalämpö-menetelmällä. Polymeerien käyttöä avaruudessa todettiin rajoittavan standardien mukaiset vaatimukset kaasuuntumisesta, jolloin on tiedettävä materiaalin kokonaishaihtuma tyhjiön vaikutuksesta. Valitun kuivalämpömenetelmän lämpötila ja altistusaika riippuu halutusta kontaminaationvähennyksen tasosta.
Kokeellisessa osiossa nähtiin, että lämpö oli kutistanut koekappaleiden kokonaispituutta, mutta ei vaikuttanut vetolujuuksiin verrattuna käsittelemättömiin koekappaleisiin. Kappaleiden muut mitat pysyivät muuttumattomina. Erot vetolujuuksissa käsiteltyjen ja käsittelemättömien koekappaleiden välillä todettiin olevan noin 0.2 MPa.
The main results from the literature review are the limitations in utilizing polymers in the vacuum of space due to the outgassing and effects of process parameters on bioburden utilizing a standard bioburden reduction method. Industry standards limit polymers with outgassing rates. The reduction magnitude of the dry heat method applied depends on the temperature and time.
The tests carried out in the experimental part of this thesis showed the effects of the elevated temperature, which resulted in the part shrinking, but did not affect the tensile strength when compared to untreated specimens. The specimens held dimensions in other directions. The difference in tensile strength was numerically confirmed to be approximately less than 0.2 MPa between treated and untreated specimens.
Kirjallisuusosan päätuloksia oli, että polymeerien käyttö avaruudessa on rajoitettua johtuen kaasuuntumisilmiöstä tyhjiössä. Toisena tuloksena selvisi ajan ja lämpötilan vaikutus kokonaiskontaminaatiotasoon, suoritettaessa kontaminaatiovähennys kuivalämpö-menetelmällä. Polymeerien käyttöä avaruudessa todettiin rajoittavan standardien mukaiset vaatimukset kaasuuntumisesta, jolloin on tiedettävä materiaalin kokonaishaihtuma tyhjiön vaikutuksesta. Valitun kuivalämpömenetelmän lämpötila ja altistusaika riippuu halutusta kontaminaationvähennyksen tasosta.
Kokeellisessa osiossa nähtiin, että lämpö oli kutistanut koekappaleiden kokonaispituutta, mutta ei vaikuttanut vetolujuuksiin verrattuna käsittelemättömiin koekappaleisiin. Kappaleiden muut mitat pysyivät muuttumattomina. Erot vetolujuuksissa käsiteltyjen ja käsittelemättömien koekappaleiden välillä todettiin olevan noin 0.2 MPa.