歐洲航天局測試3D打印的PEEK塑料立體小衛(wèi)星

著衛(wèi)星技術與應用的不斷發(fā)展，人們在要求降低衛(wèi)星成本、減小風險的同時，迫切需要加快衛(wèi)星開發(fā)研制周期。特別是單一任務的專用衛(wèi)星，以及衛(wèi)星組網(wǎng)，更需要投資小、見效快的衛(wèi)星技術。小衛(wèi)星技術因此應運而生。據(jù)南極熊了解，歐洲航天局（ESA）已經(jīng)推出了一項新的3D打印CubeSat立體小衛(wèi)星項目，材質(zhì)為PEEK塑料。隨著第一次測試運行正式進行，歐空局旨在使這些3D打印的微型衛(wèi)星投入商業(yè)應用，并配有內(nèi)部電氣線路。而儀器、電路板和太陽能電池板只需要插入即可。

歐洲航天局看好PEEK在航天領域的應用前景，歐洲航天局空間材料與技術專家Ugo Lafont解釋說：“PEEK是一種熱塑性塑料，在強度、穩(wěn)定性和耐溫性方面具有非常好的固有性能，熔點在370℃左右。 PEEK非常強大，可以替代某些金屬部件。”

歐洲航天局已經(jīng)開始與葡萄牙聚合物工程公司PIEP建立新的合作伙伴關系。這種合作伙伴關系將共同創(chuàng)造了一種可3D打印的PEEK，通過向材料中加入特定的納米填料而具有導電性。Ugo Lafont指出：“PEEK塑料通過與不同的材料混合，根據(jù)需要調(diào)整其性能，使其具有更強的機械性能或更輕薄。在這種情況下，這種纖維增強的PEEK材料可以用作我們3D打印過程中的標準材料?！?br />
代爾夫特理工大學的Lafont和Stefan Siarov展示了CubeSats的3D打印設備。Siarov指出，不僅Lafont和Siarov的3D打印PEEK立方體衛(wèi)星能夠在太空飛行，而且衛(wèi)星身體也將具有很高的功能。這些專門的立體小衛(wèi)星包含導電線，而不是通常用于連接不同CubeSat子系統(tǒng)的線束，從而節(jié)省時間、空間和能量。

正如Lafont指出的那樣，CubeSats只是開啟了3D打印PEEK可能性的一個切入點。后續(xù)方面，歐空局人類航天與機器人探索與材料的物理及化學團隊之間將開展新合作，開發(fā)出空間優(yōu)化的PEEK打印機。針對零重力情況下做3D打印測試，這樣3D打印機最終將在國際空間站上為宇航員服務。

Lafont聲稱，這一愿景將使新的空間維護策略成為可能。 “空間站宇航員需要各種物品，所有物品目前需要從地球運輸：從螺絲刀、水閥到密封容器等等的一切。所有這些以后可以通過3D打印出來，甚至包括牙刷 – 因為PEEK是生物相容的?！?br />

圖： PEEK材質(zhì)的3D打印零件

Lafont認為“比起從地球運輸過去，在軌道上3D打印這些物品會更便宜，并且會改變材料循環(huán)利用的方式。由于這些塑料制品隨后可以回收利用，所以我們減少了空間材料的浪費，并開始使人類在宇宙中更加自給自足?！?br />
立方體衛(wèi)星于1999年首次面世時原本用于教育領域。它體形小、制作簡單，即便是本科生也能制作出來。此外，它還具有標準化的體積，方便火箭容納。斯坦福大學航空工程師Robert Twiggs和加州州立理工大學衛(wèi)星部一道設計了一款邊長10厘米的小盒子。這個體積恰好足夠裝下通信單元、太陽電池板、一塊電池和一些附屬物，以上物品總重大約只有1000克。

此后，立方體衛(wèi)星勢不可擋。2010年，美國宇航局（NASA）啟動了立方體衛(wèi)星發(fā)射倡議，每年為12顆或者更多通過申請的研究項目免費運送立方體衛(wèi)星升空。根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量，通常將小于1000公斤的衛(wèi)星稱為廣義的小衛(wèi)星，其中，將500-1000公斤的衛(wèi)星稱為小衛(wèi)星，100-500公斤的衛(wèi)星稱為微小衛(wèi)星，10-100公斤的稱為顯微衛(wèi)星，小于10公斤的稱為納米衛(wèi)星，而小于1千克的為芯片衛(wèi)星。從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場的一個既定趨勢。隨著歐航局的這一應用走向商業(yè)化，將有更多的研究機構(gòu)加入PEEK材質(zhì)的3D打印立體衛(wèi)星研究開發(fā)陣營。

PEEK樹脂在歐洲市場的增長尤以汽車零部件制品市場的增長最為迅速，特別是發(fā)動機周圍零部件、變速傳動部件、轉(zhuǎn)向零部件等都選用了PEEK塑料代替一些傳統(tǒng)的高價金屬作為制造材料。隨著汽車行業(yè)適應微型化、輕量化以及降低成本的要求，PEEK樹脂的需求仍將不斷增長。

據(jù)知名市場調(diào)研機構(gòu)Research and Markets預測，2018年全球PEEK將迎來需求高峰。屆時其市值將破八億大關，升至8.31億美元。目前而言，歐洲仍是全球最大的PEEK交易市場。與發(fā)展中國家相比，西方發(fā)達國家對PEEK的需求依舊占據(jù)主導地位。PEEK樹脂將會在汽車領域、飛機制造、電子電器、工業(yè)制造以及醫(yī)療等領域擴大應用范圍。

在航天領域，牛津性能材料（OPM）已被選定為波音CST-100火箭飛船提供3D打印的結(jié)構(gòu)件，OPM已經(jīng)開始出貨OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飛船被設計為可運輸多達七名乘客，或混合船員和貨物，在低地球軌道運行–這個火箭飛船隸屬于NASA的商業(yè)乘員計劃合作項目。下一步，更多的PEEK將占據(jù)我們關注的3D打印航天應用市場。

來源：3D科學谷