3D打印開源衛(wèi)星為航空航天創(chuàng)造更光明的未來

俄勒岡州的第一顆衛(wèi)星使用了3D打印材料，這顆衛(wèi)星已在低地球軌道上成功運行了一年之久。3D打印在未來的航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，正是這項關(guān)鍵技術(shù)使波特蘭州立大學(xué)的跨學(xué)科學(xué)生團隊能夠快速開發(fā)出開源、廉價且可靠的“CubeSat”納米衛(wèi)星系統(tǒng)。



OreSat0自2021年3月起進入軌道，其設(shè)計初衷是為了利用 CRP Windform LX3.0，這是為數(shù)不多的可用于太空的選擇性激光燒結(jié) (SLS) 增材制造材料之一。這顆衛(wèi)星由波特蘭州立航空航天協(xié)會 (PSAS) 設(shè)計、開發(fā)和運營，這是一個跨學(xué)科的學(xué)生團體，其目標(biāo)不僅是建造一顆衛(wèi)星，而是創(chuàng)建一個完全可重復(fù)使用、模塊化并且可定制的開源CubeSat開發(fā)系統(tǒng)。

帶有定制3D打印組件的模塊化硬件和 PCB
學(xué)生團隊使用較便宜的組件和材料開發(fā)了他們的納米衛(wèi)星系統(tǒng)，包括標(biāo)準的兩層和四層 PCB 以及易于加工的鋁框架。他們遇到的挑戰(zhàn)是，如何讓找到一種可靠的3D打印服務(wù)，能夠提供不會在近地軌道真空 (~ 10 mPa) 中脫氣的3D打印部件，這些部件需要通過驗證，可以承受極端溫度范圍（-40℃-100 °C)，而且它是不導(dǎo)電的，因此可用于電子和射頻系統(tǒng)。


△OreSat0 的頂部具有由 Windform LX 3.0 打印的天線系統(tǒng)。

研究團隊需要將三頻天線系統(tǒng)封裝在僅 5 x 5 x 2 厘米的體積中。不能使用金屬，因為它會使天線失諧，但大多數(shù) 3D 打印材料無法勝任在太空飛行的任務(wù)。在研究了所有可用材料后，團隊發(fā)現(xiàn)了 Windform LX3.0。波特蘭州立大學(xué)機械工程專業(yè)的學(xué)生 Cass Bloom 表示：“我們非常高興找到 CRP 的 Windform LX。正是這項技術(shù)讓我們能夠在如此狹小的空間內(nèi)封裝如此多的功能，高封裝密度會帶來很多優(yōu)勢?！?br />

△波特蘭州立大學(xué)衛(wèi)星團隊：一個由電氣工程師、機械工程師、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)專業(yè)和商科學(xué)生組成的跨學(xué)科團隊。

小型化和定制化
Windform LX 3.0 系統(tǒng)可以最大限度地提高電子和射頻系統(tǒng)的封裝密度。SLS 技術(shù)使制造商能夠靈活地利用幾乎每一立方毫米，并集成無法用任何其他材料制造的復(fù)雜系統(tǒng)。


△OreSat 星跟蹤器相機：一個極其緊湊的星跟蹤器系統(tǒng)，使用一個非常緊湊的 10 毫米高鏡頭和相機傳感器外殼，由 CRP 的 Windform LX3.0 3D 打印而成。

相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)的優(yōu)勢：
與傳統(tǒng)制造技術(shù)和更常見的 3D 打印材料相比，Windform LX 3.0 具有許多優(yōu)勢，包括：

●能夠制造能夠承受振動和機械沖擊的耐用部件。例如，常見的空間環(huán)境測試要求是通過所有三個軸的 13 g 隨機振動測試。
●能夠承受從 -40℃ 到 +100 ℃  的極端熱循環(huán)。
●極低的除氣要求，包括 NASA 和 ESA 的除氣要求，例如 ASTM E595。
●非導(dǎo)電特性，適合在 PCB、電池和天線等電子元件附近安全使用。

在使用傳統(tǒng) FDM 機器制作原型并迭代設(shè)計后，OreSat 團隊求助于CRP USA，這是一家專門從事航空航天應(yīng)用，并且3D打印經(jīng)驗十分豐富的美國公司。CRP USA 使用Windform LX3.0打印了他們最終的飛行部件。這種快速、迭代的設(shè)計過程使團隊能夠利用 3D 打印的快速設(shè)計和原型制作功能，同時適用于地球和太空。