ESA多重布局，全面擁抱3D打印航天器部件

3D打印技術(shù)在制造航天器方面的優(yōu)勢正在被越來越多的機構(gòu)認可。更棒的是，業(yè)界公認它還有更多潛力可以挖掘，比如怎樣完全根據(jù)3D打印的特點來優(yōu)化衛(wèi)星的設計和制造，就是當前航天界關(guān)注的一大重點。

歐洲空間局（ESA）正在聯(lián)合ICT先進制造實驗室開發(fā)有前途的材料。在這里，研究人員可以研究外來材料的微觀結(jié)構(gòu)或材料的焊接方式。同時，除了3D打印工藝，該實驗室正在探索各種制造工藝的結(jié)合。

實驗室的設施也處在快速擴充中，平均每兩個月有一臺新機器，每六個月一個新技術(shù)，新的合金正在開發(fā)中?？蒲腥藛T需要了解如何將材料的性能與加工過程進行結(jié)合，以最大可能的優(yōu)化航天器性能。

關(guān)于3D打印用于空間探索，歐洲空間局可謂是長袖善舞，充分調(diào)動科研機構(gòu)的資源。2015年，歐洲航天局就和伯明翰大學合作研發(fā)了一整套增材技術(shù)解決方案。其中一項技術(shù)包括設計一個激光沉積設備的噴嘴及整合增材制造流程中的多個送絲系統(tǒng)。該技術(shù)提高了金屬絲打印的能力，與金屬粉末打印系統(tǒng)相比更具優(yōu)勢。使用金屬絲作為打印材料，金屬打印設備將具備制造多種不同合金樣件的能力，增加了打印過程中材料的利用率， 還可以避免粉末溢出造成的污染、設備維護、安全等問題。

此外，歐洲空間局還研發(fā)了與上述技術(shù)相關(guān)的一種簡化的金屬合金絲材制造工藝，其基本原理是當金屬絲通過熔池時將其表面進行涂層。該工藝與以往方式相比成本可降低20%-50%，制造過程消耗的能源和需要的基礎(chǔ)設施更少、質(zhì)量更高。

在整套增材技術(shù)解決方案中，還包括一種新的金屬打印過程的新熱源。目前的金屬增材制造系統(tǒng)多以激光或電子束為熱源，而該方案中的熱源則是由一組反射鏡聚焦的非相干光束，光束來源是200W-1000W的燈泡。聚焦后的光束將會加熱目標零部件中的局部區(qū)域。這技術(shù)可以替代目前的激光和電子束熱源，并且成本更低。

還包括一個通過熱等靜壓方法制造金屬件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以特定幾何形狀的小型（以毫米、厘米計）金屬單元的使用為基礎(chǔ)。金屬單元可以批量生產(chǎn)和自動處理。該技術(shù)的優(yōu)點包括：制造的產(chǎn)品幾乎不產(chǎn)生變形，與鍛造、鑄造、機加工相比，能夠制造更加復雜的零部件；可以制造復合材料和功能梯度材料零部件；更節(jié)約材料和成本。

不僅僅基礎(chǔ)研究，歐洲空間局又與英國噴氣引擎公司合作設計Skylon有翼飛行器，其“軍刀”引擎的一大亮點是3D打印的噴油器，該噴油器使得引擎在不到0.01秒中就可以得到急速降溫。航天飛機可以像普通飛機一樣起飛、飛行和著陸。

而2017年，歐洲空間局推出了一項新的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。

除了應用領(lǐng)域獲得不斷的突破。歐洲空間局還很重視硬件設施的建設。2016年，歐洲空間局在英國基地牛津郡的哈威爾建立了一個新的先進制造實驗室，在那里研究3D打印等先進制造技術(shù)用于空間探索的可能性。

歐洲空間局哈威爾的實驗室配備先進的金屬3D打印機、強大的顯微鏡套件、X射線CT機，以及一系列的熱處理加熱爐。這里研究人員很方便的進行先進的力學試驗，包括拉伸、顯微硬度測試。研究人員可以使用實驗室和哈威爾校園的設施，如半導體潔凈室、低溫實驗室、英國中央激光設施，ISIS中子源，和鉆石光源等資源。

不僅僅是自己的硬件設施，2017年，歐洲空間局與英國制造技術(shù)中心（MTC）合作，建立了一個“一站式”空間相關(guān)應用增材制造中心—ESA增材制造中心（AMBC），該新中心由MTC管理，使得ESA和其他空間探索公司能夠探索某些項目的3D打印潛力。

英國國家增材制造中心坐落于英國考文垂市，MTC為3D打印提供指導和專業(yè)知識，并為ESA提供最先進的3D打印設備。AMBC主要用于原型和空間相關(guān)應用零件的評估。

歐洲空間局是美國宇航局（NASA）最大的競爭對手。而通過與大學、科研機構(gòu)的聯(lián)合，歐洲空間局擁有了一系列的從共性基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品開發(fā)，再到前沿技術(shù)探索方面的優(yōu)勢。也使得歐洲空間局基于歐洲強大的科研力量，迅速積累自己的3D打印know how，并獲取下一代航天器的制造實力。

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來源：3D科學谷