歐洲航天局測(cè)試3D打印的PEEK塑料立體小衛(wèi)星

著衛(wèi)星技術(shù)與應(yīng)用的不斷發(fā)展，人們?cè)谝�求降低衛(wèi)星成本、減小風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，迫切需要加快衛(wèi)星開(kāi)發(fā)研制周期。特別是單一任務(wù)的專(zhuān)用衛(wèi)星，以及衛(wèi)星組網(wǎng)，更需要投資小、見(jiàn)效快的衛(wèi)星技術(shù)。小衛(wèi)星技術(shù)因此應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)南極熊了解，歐洲航天局（ESA）已經(jīng)推出了一項(xiàng)新的3D打印CubeSat立體小衛(wèi)星項(xiàng)目，材質(zhì)為PEEK塑料。隨著第一次測(cè)試運(yùn)行正式進(jìn)行，歐空局旨在使這些3D打印的微型衛(wèi)星投入商業(yè)應(yīng)用，并配有內(nèi)部電氣線路。而儀器、電路板和太陽(yáng)能電池板只需要插入即可。

歐洲航天局看好PEEK在航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景，歐洲航天局空間材料與技術(shù)專(zhuān)家Ugo Lafont解釋說(shuō)：“PEEK是一種熱塑性塑料，在強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐溫性方面具有非常好的固有性能，熔點(diǎn)在370℃左右。 PEEK非常強(qiáng)大，可以替代某些金屬部件�！�

歐洲航天局已經(jīng)開(kāi)始與葡萄牙聚合物工程公司PIEP建立新的合作伙伴關(guān)系。這種合作伙伴關(guān)系將共同創(chuàng)造了一種可3D打印的PEEK，通過(guò)向材料中加入特定的納米填料而具有導(dǎo)電性。Ugo Lafont指出：“PEEK塑料通過(guò)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(qiáng)的機(jī)械性能或更輕薄。在這種情況下，這種纖維增強(qiáng)的PEEK材料可以用作我們3D打印過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)材料�！�

代爾夫特理工大學(xué)的Lafont和Stefan Siarov展示了CubeSats的3D打印設(shè)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(zhuān)門(mén)的立體小衛(wèi)星包含導(dǎo)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(shí)間、空間和能量。

正如Lafont指出的那樣，CubeSats只是開(kāi)啟了3D打印PEEK可能性的一個(gè)切入點(diǎn)。后續(xù)方面，歐空局人類(lèi)航天與機(jī)器人探索與材料的物理及化學(xué)團(tuán)隊(duì)之間將開(kāi)展新合作，開(kāi)發(fā)出空間優(yōu)化的PEEK打印機(jī)。針對(duì)零重力情況下做3D打印測(cè)試，這樣3D打印機(jī)最終將在國(guó)際空間站上為宇航員服務(wù)。

Lafont聲稱，這一愿景將使新的空間維護(hù)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(yùn)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(guò)3D打印出來(lái)，甚至包括牙刷 – 因?yàn)镻EEK是生物相容的。”

圖： PEEK材質(zhì)的3D打印零件

Lafont認(rèn)為“比起從地球運(yùn)輸過(guò)去，在軌道上3D打印這些物品會(huì)更便宜，并且會(huì)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(fèi)，并開(kāi)始使人類(lèi)在宇宙中更加自給自足�！�

立方體衛(wèi)星于1999年首次面世時(shí)原本用于教育領(lǐng)域。它體形小、制作簡(jiǎn)單，即便是本科生也能制作出來(lái)。此外，它還具有標(biāo)準(zhǔn)化的體積，方便火箭容納。斯坦福大學(xué)航空工程師Robert Twiggs和加州州立理工大學(xué)衛(wèi)星部一道設(shè)計(jì)了一款邊長(zhǎng)10厘米的小盒子。這個(gè)體積恰好足夠裝下通信單元、太陽(yáng)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(shì)不可擋。2010年，美國(guó)宇航局（NASA）啟動(dòng)了立方體衛(wèi)星發(fā)射倡議，每年為12顆或者更多通過(guò)申請(qǐng)的研究項(xiàng)目免費(fèi)運(yùn)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(chǎng)的一個(gè)既定趨勢(shì)。隨著歐航局的這一應(yīng)用走向商業(yè)化，將有更多的研究機(jī)構(gòu)加入PEEK材質(zhì)的3D打印立體衛(wèi)星研究開(kāi)發(fā)陣營(yíng)。

PEEK樹(shù)脂在歐洲市場(chǎng)的增長(zhǎng)尤以汽車(chē)零部件制品市場(chǎng)的增長(zhǎng)最為迅速，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)�零部件、變速傳�?dòng)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(jià)金屬作為制造材料。隨著汽車(chē)行業(yè)適應(yīng)微型化、輕量化以及降低成本的要求，PEEK樹(shù)脂的需求仍將不斷增長(zhǎng)。

據(jù)知名市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Research and Markets預(yù)測(cè)，2018年全球PEEK將迎來(lái)需求高峰。屆時(shí)其市值將破八億大關(guān)，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(chǎng)。與發(fā)展中國(guó)家相比，西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)PEEK的需求依舊占據(jù)主導(dǎo)地位。PEEK樹(shù)脂將會(huì)在汽車(chē)領(lǐng)域、飛機(jī)制造、電子電器、工業(yè)制造以及醫(yī)療等領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

在航天領(lǐng)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(kāi)始出貨OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飛船被設(shè)計(jì)為可運(yùn)輸多達(dá)七名乘客，或混合船員和貨物，在低地球軌道運(yùn)行–這個(gè)火箭飛船隸屬于NASA的商業(yè)乘員計(jì)劃合作項(xiàng)目。下一步，更多的PEEK將占據(jù)我們關(guān)注的3D打印航天應(yīng)用市場(chǎng)。

來(lái)源：3D科學(xué)谷