3D打印技術(shù)飛上太空，遠(yuǎn)鑄智能助力立方體衛(wèi)星研發(fā)

SpaceX載人龍飛船（Dragon）與國(guó)際空間站對(duì)接成功

茫茫宇宙，浩渺星辰，自甲骨文時(shí)代起，人類(lèi)仰望星空，對(duì)頭頂上的宇宙和太空的好奇與觀(guān)察就從未停止過(guò)?，F(xiàn)如今，航空航天技術(shù)飛速發(fā)展，日新月異，從“人類(lèi)的一大步”，到SpaceX載人龍飛船成功對(duì)接國(guó)際空間站。同時(shí)期，航天領(lǐng)域商業(yè)公司迅速崛起，包括近地軌道和深空探測(cè)都不再是只有政府引導(dǎo)參與的領(lǐng)地。產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)、成本控制、追逐盈利成為商業(yè)航天的重要特點(diǎn)。這些特點(diǎn)也催生了3D打印等更快捷，更方便，成本更為低廉的工程制造技術(shù)。航天領(lǐng)域中，衛(wèi)星在傳統(tǒng)認(rèn)知領(lǐng)域通常來(lái)說(shuō)都是巨型物體，生產(chǎn)制造需要花費(fèi)百萬(wàn)美元和漫長(zhǎng)的制作周期，但是小小的立方體衛(wèi)星的出現(xiàn)打破了這個(gè)常規(guī)，它更方便，效率更高，也容易操作。造價(jià)成本低、發(fā)射成本低，制作周期短是其主要特點(diǎn)。

什么是立方體衛(wèi)星

立方體衛(wèi)星是一種用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的太空觀(guān)察和大氣測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)立方體模塊，搭載火箭捆綁發(fā)射，沒(méi)有獨(dú)立的推進(jìn)系統(tǒng)，表面通常包覆太陽(yáng)能電池板，這一特點(diǎn)也推動(dòng)了立方體衛(wèi)星技術(shù)的快速迭代和發(fā)展。利用立方體衛(wèi)星進(jìn)行快速在軌組裝技術(shù)驗(yàn)證，對(duì)地觀(guān)測(cè)，開(kāi)展小行星探測(cè)成為可能。而應(yīng)用3D打印制造的立方體衛(wèi)星可以更快的加速制作周期，進(jìn)一步降低制造成本，給與立方體衛(wèi)星研發(fā)團(tuán)隊(duì)更多的設(shè)計(jì)自由度。

圖：立方體衛(wèi)星模型概念圖

如歐洲航天局近年來(lái)就開(kāi)展了大氣低熱層探測(cè)的QB50計(jì)劃。QB50的任務(wù)目標(biāo)描述為“演示驗(yàn)證全球大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制的50顆立方體衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，由低成本運(yùn)載火箭發(fā)射，完成對(duì)高度為200-380千米的大氣低熱層進(jìn)行探測(cè)的**科學(xué)任務(wù)”。由于衛(wèi)星在軌壽命很短，若采用現(xiàn)有航天器研制試驗(yàn)流程及規(guī)范研制50顆傳統(tǒng)意義上的衛(wèi)星，成本極其高昂，項(xiàng)目不具財(cái)務(wù)意義上的可行性，因此低成本的替代方案是有效開(kāi)展低熱層原位探測(cè)的急待解決的瓶頸之一。應(yīng)用3D打印的立方體衛(wèi)星可以有效的突破這個(gè)瓶頸，使得QB50計(jì)劃快速推進(jìn)。立方體衛(wèi)星怎么打印出來(lái)的近日，國(guó)內(nèi)某航空航天研究院所運(yùn)用遠(yuǎn)鑄智能INTAMSYS的高性能雙噴頭3D打印設(shè)備FUNMAT PRO 410打印立方體衛(wèi)星進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究試驗(yàn)，該立方體衛(wèi)星使用兩種不同的INTAMSYS PEEK材料，如下圖所示，黑色和黃色的PEEK材料，完成全部打印過(guò)程。目前打印樣件已經(jīng)通過(guò)了前期的科學(xué)研究測(cè)試，接下來(lái)按照后續(xù)計(jì)劃將在模擬環(huán)境下進(jìn)行下一步的科學(xué)研究測(cè)試。

圖：黑色和黃色PEEK打印的立方體衛(wèi)星

該研究院研究人員稱(chēng)：“遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 410可以打印如PEEK類(lèi)的高性能材料。PEEK材料具有優(yōu)異耐輻照性能、耐空間高低溫環(huán)境適用性以及極低的真空放氣性能，這保證了材料與結(jié)構(gòu)在太空中的安全性與可靠性，在航空航天中有著廣泛的應(yīng)用前景。并且FUNMATPRO 410的智能雙噴頭均具備打印高溫材料的能力，這在很大程度上增加了我們?cè)O(shè)計(jì)的可能性，并縮短了我們研發(fā)的周期。

3D打印立方體衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用3D打印技術(shù)和遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 410打印設(shè)備之后，極大了加速了立方體衛(wèi)星的研發(fā)進(jìn)程，并賦予研發(fā)人員極大的自由度和想象空間，而這在以前是無(wú)法想象的。立方體除了3D打印主體外，它們還將安裝有內(nèi)部電氣線(xiàn)路，儀器、電路板和太陽(yáng)能電池板只需插入即可完成成品。雙PEEK材料結(jié)構(gòu)的立方體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，將進(jìn)一步開(kāi)展研發(fā)和測(cè)試，后期將進(jìn)行力學(xué)、電磁等具體場(chǎng)景測(cè)試?！?/p>

遠(yuǎn)鑄智能的3D打印技術(shù)不僅賦予了研究人員更多的創(chuàng)造自由度，還為研究機(jī)構(gòu)節(jié)省了大量的人力物力成本。以往的立方體衛(wèi)星框架通常是由傳統(tǒng)的鈑金加工技術(shù)構(gòu)造，這種技術(shù)對(duì)模具有較高的要求，開(kāi)模成本從幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等。時(shí)間通常需要幾周甚至幾月。對(duì)于研發(fā)和小批量生產(chǎn)的研究院所來(lái)說(shuō)，成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式嚴(yán)重拖累了科研進(jìn)度。相比而言，3D打印增材制造的特點(diǎn)更符合這類(lèi)客戶(hù)需求。用戶(hù)無(wú)需開(kāi)模，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)后就可以通過(guò)3D打印設(shè)備即刻打印成型，節(jié)省了大量的時(shí)間及成本，加速了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與產(chǎn)品迭代的過(guò)程。

對(duì)于立方體衛(wèi)星的3D打印的探索勢(shì)必會(huì)催生出3D打印在太空環(huán)境下（失重和真空環(huán)境下）的研究和應(yīng)用，為未來(lái)的航天領(lǐng)域增加無(wú)限的可能性。