歐洲空間局（ESA）多重布局，全面擁抱3D打印航天器部件

3D打印在航天器上的制造優(yōu)勢正在被越來越多的機(jī)構(gòu)認(rèn)可。然而，有另外一個(gè)共識是，3D打印的更多潛力還有待挖掘，如何制造完全根據(jù)3D打印的特點(diǎn)來優(yōu)化衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和制造，這成為航天行業(yè)的一大重點(diǎn)。歐洲空間局（ESA）正在聯(lián)合ICT先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)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(shí)，除了3D打印工藝，該實(shí)驗(yàn)室正在探索各種制造工藝的結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施也處在快速擴(kuò)充中，平均每兩個(gè)月有一臺新機(jī)器，每六個(gè)月一個(gè)新技術(shù)，新的合金正在開發(fā)中。科研人員需要了解如何將材料的性能與加工過程進(jìn)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(jī)構(gòu)的資源。2015年，歐洲航天局就和伯明翰大學(xué)合作研發(fā)了一整套增材技術(shù)解決方案。其中一項(xiàng)技術(shù)包括設(shè)計(jì)一個(gè)激光沉積設(shè)備的噴嘴及整合增材制造流程中的多個(gè)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(shè)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(shè)備維護(hù)、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(dāng)金屬絲通過熔池時(shí)將其表面進(jìn)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(shè)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(biāo)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(gè)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(jì)）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(diǎn)包括：制造的產(chǎn)品幾乎不產(chǎn)生變形，與鍛造、鑄造、機(jī)加工相比，能夠制造更加復(fù)雜的零部件；可以制造復(fù)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(shè)計(jì)Skylon有翼飛行器，其“軍刀”引擎的一大亮點(diǎn)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(jī)可以像普通飛機(jī)一樣起飛、飛行和著陸。

而2017年，歐洲空間局推出了一項(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、電路板和太陽能電池板只需要插入即可。

除了應(yīng)用領(lǐng)域獲得不斷的突破。歐洲空間局還很重視硬件設(shè)施的建設(shè)。2016年，歐洲空間局在英國基地牛津郡的哈威爾建立了一個(gè)新的先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室，在那里研究3D打印等先進(jìn)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(shí)驗(yàn)室配備先進(jìn)的金屬3D打印機(jī)、強(qiáng)大的顯微鏡套件、X射線CT機(jī)，以及一系列的熱處理加熱爐。這里研究人員很方便的進(jìn)行先進(jìn)的力學(xué)試驗(yàn)，包括拉伸、顯微硬度測試。研究人員可以使用實(shí)驗(yàn)室和哈威爾校園的設(shè)施，如半導(dǎo)體潔凈室、低溫實(shí)驗(yàn)室、英國中央激光設(shè)施，ISIS中子源，和鉆石光源等資源。

不僅僅是自己的硬件設(shè)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(gè)“一站式”空間相關(guān)應(yīng)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(xiàng)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(dǎo)和專業(yè)知識，并為ESA提供最先進(jìn)的3D打印設(shè)備。AMBC主要用于原型和空間相關(guān)應(yīng)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(xué)、科研機(jī)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(qiáng)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(shí)力。

來源：3D科學(xué)谷
延伸閱讀：
歐洲航天局（ESA）攜手MTC建立空間探索增材制造中心