NASA-STD-6030이 항공우주 열교환기를 위한 적층 제조를 혁신하는 방법

2021년에 도입되었습니다, NASA-STD-6030 는 항공우주 분야, 특히 열교환기와 같은 미션 크리티컬 부품의 적층 제조(AM)에 대한 인증 환경을 재정의했습니다.

이 포괄적인 표준 를 설정합니다. 인간의 우주 비행 및 중요도가 높은 애플리케이션을 위한 3D 프린팅 부품의 안전성, 반복성 및 성능을 보장하기 위한 엄격한 프레임워크입니다.

또한, NASA-STD-630은 다음과 같은 기존의 많은 NASA 및 산업 표준을 통합합니다. AS9100, ASTM 국제 (이전의 미국 재료 시험 협회) 그리고 AMS (항공우주 재료 사양).

AM 열교환기(HX)의 경우는 represents 도전과 기회: S를 만나기 위해tringent a에로스페이스 요구 사항le 레버리지ing AM의 고유한 이점을 누릴 수 있습니다. 

NASA-STD-6030의 이해: 적층 제조의 새로운 벤치마크 

NASA-STD-6030은 고도로 구조화된 자격 중심 접근 방식을 도입하여 공정에 민감하고 데이터가 부족한 적층 제조의 특성을 해결합니다. 이 표준은 두 가지 핵심 기둥에 걸쳐 명확한 요구 사항을 정의합니다: 

• 기본 프로세스 제어(FPC): 특정 구성 요소와 독립적인 시설, 프로세스 및 자재 검증 및 관리의 모든 측면을 다룹니다. 비즈니스 전반에 걸친 6030 자격의 일부로 설립되었습니다. 

• 부품 생산 관리 (PPC): 부품이 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위한 부품별 설계, 적격성 테스트 및 생산 관리. FPC의 결과물을 사용하여 고품질 부품 생산을 지원하기 위한 강력한 프레임워크가 마련되어 있는지 확인합니다. 

이러한 기둥은 함께 폐쇄 루프 시스템을 형성하여 변동성을 완화하고 공간 제약이 있는 AM 부품의 안정성을 향상시킵니다. 

NASA-STD-6030의 일반 요구 사항은 두 가지 핵심 섹션으로 나뉩니다. 출처: https://standards.nasa.gov/sites/default/files/standards/NASA/Baseline/0/2021-04-21_nasa-std-6030-approveddocx.pdf

NASA-STD-6030의 핵심 요구 사항과 그 영향 

1. 프로세스 제어 및 인증

NASA-STD-6030은 원료 일관성, 기계 보정 및 공정 안정성을 포괄하는 적격 재료 공정(QMP)을 만들 것을 의무화하고 있습니다. 통계적 공정 제어(SPC)를 통한 실시간 모니터링과 공정 제어 참조 분포(PCRD)를 사용하면 재료 허용치를 정의하고 추적성을 강화할 수 있습니다. 

2. 위험 기반 부품 분류

모든 AM 구성 요소는 고장 결과에 따라 클래스 A, B, C로 분류됩니다. 열 조절 및 추진 시스템에서 중요한 역할을 하는 열교환기는 가장 엄격한 분류인 클래스 A에 속하는 경우가 많습니다. 이러한 부품은 모든 빌드에 대해 여러 번의 증인 샘플 테스트와 함께 특수 HIP 후처리 및 비파괴 평가(NDE)를 위한 CT 스캔을 포함한 엄격한 인증 프로그램과 품질 보증 프로세스가 필요합니다. 

3. 통합 문서 프레임워크

적층 제조 관리 계획(AMCP)은 설계, 생산, 테스트 및 품질 보증이 교차하는 방식을 설명하는 중앙 제어 문서 역할을 합니다. 이러한 문서는 부품 생산 계획(PPP)과 함께 미션 보증에 필수적인 풍부한 데이터와 감사 가능한 추적을 생성합니다. 

NASA-STD-6030은 항공우주 분야의 적층 제조(AM)를 위한 강력한 기반을 제공합니다. 출처: SpaceX

NASA-STD-6030이 열교환기의 적층 제조를 형성하는 방법

적층 제조는 조인트와 누출 위험을 줄이는 컴팩트한 형상, 통합 마이크로 채널 네트워크, 모놀리식 구조 등 열교환기 설계의 새로운 기능을 실현합니다. NASA-STD-6030은 이러한 혁신을 가능하게 하는 동시에 항공우주 신뢰성에 필요한 규율을 시행합니다. 

디자인, 재료 및 프로세스 요구 사항

열교환기는 제한된 부피 내에서 극한의 열 및 기계적 부하를 관리해야 하는 경우가 많습니다. NASA-STD-6030은 이를 보장합니다: 

• 시설 일관성: 6033 및 AS9100과 같은 하위 표준에서는 운영의 모든 측면에서 변동을 최소화하기 위한 제어 및 프로세스가 지정되어 있습니다. 

• 프로세스 반복성: 재료 및 공정 제어를 통해 생산 과정에서 안정적으로 복제할 수 있는 검증된 데이터를 기반으로 설계가 이루어지도록 보장합니다. 

• 기하학적 견고성: HX는 표면적과 열 전달을 극대화하기 위해 미세하고 정밀한 기하학적 구조가 필요합니다. 6030 설계 지침 및 자격 테스트는 설계가 요구 사항을 충족하도록 견고하게 검증되도록 보장합니다. 

통계 테스트 및 검증

SPC 및 목격자 테스트는 실온 및 극저온, 수소 등 중요한 환경 조건에서 주요 HX 열 및 기계적 특성을 검증합니다. 고위험 열교환기의 경우 고온 화재 또는 압력 테스트(예: 1,400psia 연소 조건)와 같은 증명 테스트가 의무화되는 경우가 많습니다. 

NASA 마셜 우주 비행 센터(MSFC)는 로켓 추진 시스템에 AM을 최대한 활용하여 설계-실패-수정 주기를 통해 테스트 시간과 반복을 줄이고 있습니다. 출처: NASA

엄격한 프레임워크 내에서 혁신 추진

NASA-STD-6030은 프로세스 제어에 있어서는 규범적이지만, 고급 설계를 가능하게 하는 유연성을 유지합니다: 

• 모놀리식 구조: AM을 사용하면 이음매 없는 구조가 가능하므로 신뢰성이 향상되고 무게가 줄어듭니다. 

• 마이크로 채널 최적화: 엔지니어는 표면적 대 부피 비율을 최대화하여 크기와 질량을 최소화하면서 열 전달을 향상시킬 수 있습니다. 

• 설계 주기 가속화: CFD 시뮬레이션과 신속한 프로토타이핑을 결합하면 개발 일정을 단축하고 반복 정밀도를 향상시킬 수 있습니다. 

• 지속 가능성 이득: AM은 항공우주 탈탄소화 이니셔티브에 맞춰 자재 폐기물을 최대 40%까지 줄입니다. 

그러나 이러한 혁신은 규율된 환경 내에서 이루어져야 합니다. 엔지니어는 새로운 형상과 재료 조합이 표준에서 정한 모든 신뢰성 임계값을 충족한다는 것을 입증해야 합니다. 

NASA-STD-6030은 프로세스 제어에 있어서는 규범적이지만, 항공 우주를 위한 고급 설계를 지원하는 데 있어서는 유연성을 유지합니다. 출처: NASA/Unsplash

인증 간소화 및 업계 협업 활성화

NASA-STD-6030은 단순한 규제 체크리스트가 아니라 공공 및 민간 항공우주 분야의 노력을 조율하기 위한 도구입니다. 구조화된 문서와 자격 인증 경로는 계약업체와 공급업체의 모호성을 줄여 인증 시간을 단축합니다. 

• 통합 인증 프레임워크: AMCP와 PPP는 NASA와 업계 간에 공유 언어를 제공하여 보다 원활한 핸드오프와 개발 일정 단축을 가능하게 합니다. 

• 생산 책임: 이 표준은 생산 시설에 더 많은 책임을 부여하여 운영자 교육, 교차 기능 워크플로 및 데이터 관리의 중요성을 높입니다. 

• 상업적 영향력: 물질 허용량과 검사 프로토콜을 수립함으로써 NASA-STD-6030은 이미 상업용 우주 비행의 관행에 영향을 미치고 있습니다. 

컨플럭스 기술: 규정 준수 및 혁신 입증

Conflux는 다음과 같은 방법으로 표준화된 프레임워크의 발전에 적극적으로 기여하고 있습니다: 

• AMCP 방법론 공동 개발을 위한 협업 

• 기존 AS9100 품질 표준 충족

• 고유한 AM 강화 HX 지오메트리를 위한 새로운 테스트 체제 개발

• 조기 결함 감지 및 공정 개선을 위한 AI 강화 CT 스캐닝 적용

• 재료 효율적 아키텍처를 통한 지속 가능성을 위한 설계

표준화를 전략적 이점으로 전환하기 

NASA-STD-6030은 항공우주 제조의 미래를 위한 토대를 마련하고 있습니다. 열교환기의 경우 혁신을 저해하지 않으면서도 임무 준비를 위한 명확한 경로를 제공합니다. Conflux는 표준의 요구 사항을 수용하고 이를 장벽이 아닌 조력자로 간주합니다. 

적층 가공은 정밀 엔지니어링, 강력한 검증, 전략적 협업을 결합하여 심우주 임무의 요구 사항을 충족할 수 있는 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.