3D打印用于衛(wèi)星制造：為任務(wù)量身定制

來(lái)源：3D打印技術(shù)參考

3D打印的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不能談再多，在航空航天、衛(wèi)星制造等方面，它幾乎受到所有航空大國(guó)的重視。德國(guó)開(kāi)展了熱塑性材料（PA）3D打印在衛(wèi)星大規(guī)模生產(chǎn)中的適用性研究；美國(guó)則采用金屬3D打印技術(shù)制造直接制造衛(wèi)星器件，甚至用來(lái)增強(qiáng)衛(wèi)星射頻濾波器的生產(chǎn)。2018年，嫦娥四號(hào)任務(wù)“鵲橋”中繼衛(wèi)星的成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了我國(guó)3D打印部件在軌應(yīng)用，與此同時(shí)我國(guó)還將該技術(shù)用于衛(wèi)星等離子體推進(jìn)器篩網(wǎng)等器件的制造。

航空大國(guó)無(wú)一不再積極探索3D打印的應(yīng)用潛力，真正的區(qū)別在于，應(yīng)該如何用好這門(mén)技術(shù)。本期我們來(lái)看歐洲航空航天制造商Thales Alenia Space，如何借助3D打印為衛(wèi)星任務(wù)量身定制。

79個(gè)金屬零件與350個(gè)塑料零件的3D打印在軌應(yīng)用
Thales Alenia Space于2015年開(kāi)始利用3D打印進(jìn)行衛(wèi)星部件制造，從鋁合金天線支架的首次嘗試，到此后每顆衛(wèi)星上都有3D打印零部件，至2017年Thales Alenia Space已經(jīng)將79個(gè)金屬3D打印零件和350個(gè)塑料3D打印零件發(fā)射至太空并實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用。

Thales Alenia Space金屬天線支架

在79個(gè)部件中，其中47個(gè)具有不同的設(shè)計(jì)用于執(zhí)行13種不同的功能。塑料零件則全部相同，用于推進(jìn)系統(tǒng)的支架，在此前發(fā)射的十顆衛(wèi)星中，每顆衛(wèi)星上面有35支3D打印的塑料支架。

Thales Alenia Space為韓國(guó)通訊衛(wèi)星制造的天線

支架（450 x 400x 210mm）

在今天Thales Alenia Space開(kāi)展的Spacebus Neo（地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)）項(xiàng)目中，公司計(jì)劃將3D打印投入批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的應(yīng)用。

大型金屬3D打印部件用于衛(wèi)星平臺(tái)項(xiàng)目
Spacebus Neo衛(wèi)星將配備4個(gè)由鋁合金制成的反作用輪支架以及16個(gè)天線展開(kāi)和指向機(jī)構(gòu)支架（4個(gè)鋁合金和12個(gè)鈦合金支架）。3D打印的反應(yīng)輪支架旨在滿足市場(chǎng)對(duì)低成本的需求，這種新的設(shè)計(jì)和制造方式使成本減少了約10％，并且使生產(chǎn)計(jì)劃縮短了一到兩個(gè)月。除此之外，新部件重量減輕了30％，性能也得到了提升。

3D打印支架安裝在Konnect衛(wèi)星的一個(gè)部件上

為了生產(chǎn)這些大型反作用輪支架(466 x 367 x 403 mm)，Thales Alenia Space采用的是Concept Laser Xline 2000R金屬3D打印機(jī)，該打印機(jī)具有800 x 400 x 500 mm的構(gòu)建尺寸，是目前國(guó)際普遍使用的大型金屬增材制造零件專(zhuān)用機(jī)型。4個(gè)鋁合金反作用輪支架已于3月初集成在平臺(tái)項(xiàng)目之一的Konnect衛(wèi)星上。

為任務(wù)量身定制
3D打印不僅適合生產(chǎn)衛(wèi)星部件，而且還為航空航天制造商提供了生產(chǎn)過(guò)程的靈活性，可根據(jù)需要進(jìn)行高水平的定制。換句話說(shuō)，Thales Alenia可以動(dòng)態(tài)地集成必要的設(shè)計(jì)變更，以滿足新任務(wù)的確切要求。

以此次制造的部件為例，每個(gè)衛(wèi)星的四個(gè)反作用輪支架實(shí)際為兩組對(duì)稱部件，但每顆衛(wèi)星的支架方向角和接口則可能不同，3D打印的自由制造特點(diǎn)允許設(shè)計(jì)和制造單件結(jié)構(gòu)，因此支架的設(shè)計(jì)可以根據(jù)特定功能和位置進(jìn)行開(kāi)放式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)為任務(wù)而量身定制。

Thales Alenia Space為Konnect衛(wèi)星制造的

4個(gè)3D打印支架
此外，Thales Alenia Space還將連接器和電纜配件直接整合到整體設(shè)計(jì)中，集成式的設(shè)計(jì)作為單個(gè)部件打印，避免了額外的裝配要求。

Thales Alenia Space衛(wèi)星支架

除目前確定的3D打印部件，Spacebus Neo平臺(tái)項(xiàng)目還將在不久的將來(lái)推出更多有機(jī)設(shè)計(jì)的3D打印部件。


雖然我們看到最多的應(yīng)用是各類(lèi)支架，但它也是最能突出3D打印輕量化和復(fù)雜制造特點(diǎn)的產(chǎn)品，這無(wú)疑給航空發(fā)射帶來(lái)了巨大優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，為了確保最嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)過(guò)程和各個(gè)組件都需要具有可追溯性，全面的測(cè)試和檢驗(yàn)流程是3D打印得以深入應(yīng)用的重要保證。作為全球知名的航空航天制造商，Thales Alenia Space在衛(wèi)星3D打印部件設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用方面成績(jī)顯著。

同樣的，我國(guó)在衛(wèi)星部件的3D打印制造方面也積累了大量經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院、上海航天技術(shù)研究院八院等單位已經(jīng)開(kāi)展了衛(wèi)星部件的全新設(shè)計(jì)和部件的在軌應(yīng)用，也已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。