3D打印用于衛(wèi)星制造：為任務量身定制

來源：3D打印技術參考

3D打印的優(yōu)勢已經不能談再多，在航空航天、衛(wèi)星制造等方面，它幾乎受到所有航空大國的重視。德國開展了熱塑性材料（PA）3D打印在衛(wèi)星大規(guī)模生產中的適用性研究；美國則采用金屬3D打印技術制造直接制造衛(wèi)星器件，甚至用來增強衛(wèi)星射頻濾波器的生產。2018年，嫦娥四號任務“鵲橋”中繼衛(wèi)星的成功發(fā)射實現了我國3D打印部件在軌應用，與此同時我國還將該技術用于衛(wèi)星等離子體推進器篩網等器件的制造。

航空大國無一不再積極探索3D打印的應用潛力，真正的區(qū)別在于，應該如何用好這門技術。本期我們來看歐洲航空航天制造商Thales Alenia Space，如何借助3D打印為衛(wèi)星任務量身定制。

79個金屬零件與350個塑料零件的3D打印在軌應用
Thales Alenia Space于2015年開始利用3D打印進行衛(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已經將79個金屬3D打印零件和350個塑料3D打印零件發(fā)射至太空并實現在軌應用。

Thales Alenia Space金屬天線支架

在79個部件中，其中47個具有不同的設計用于執(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為韓國通訊衛(wèi)星制造的天線

支架（450 x 400x 210mm）

在今天Thales Alenia Space開展的Spacebus Neo（地球靜止軌道衛(wèi)星平臺）項目中，公司計劃將3D打印投入批量生產，實現更大規(guī)模的應用。

大型金屬3D打印部件用于衛(wèi)星平臺項目
Spacebus Neo衛(wèi)星將配備4個由鋁合金制成的反作用輪支架以及16個天線展開和指向機構支架（4個鋁合金和12個鈦合金支架）。3D打印的反應輪支架旨在滿足市場對低成本的需求，這種新的設計和制造方式使成本減少了約10％，并且使生產計劃縮短了一到兩個月。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)星的一個部件上

為了生產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，該打印機具有800 x 400 x 500 mm的構建尺寸，是目前國際普遍使用的大型金屬增材制造零件專用機型。4個鋁合金反作用輪支架已于3月初集成在平臺項目之一的Konnect衛(wèi)星上。

為任務量身定制
3D打印不僅適合生產衛(wèi)星部件，而且還為航空航天制造商提供了生產過程的靈活性，可根據需要進行高水平的定制。換句話說，Thales Alenia可以動態(tài)地集成必要的設計變更，以滿足新任務的確切要求。

以此次制造的部件為例，每個衛(wèi)星的四個反作用輪支架實際為兩組對稱部件，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允許設計和制造單件結構，因此支架的設計可以根據特定功能和位置進行開放式調整，實現為任務而量身定制。

Thales Alenia Space為Konnect衛(wèi)星制造的

4個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計中，集成式的設計作為單個部件打印，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平臺項目還將在不久的將來推出更多有機設計的3D打印部件。


雖然我們看到最多的應用是各類支架，但它也是最能突出3D打印輕量化和復雜制造特點的產品，這無疑給航空發(fā)射帶來了巨大優(yōu)勢。與此同時，為了確保最嚴格的質量標準，整個過程和各個組件都需要具有可追溯性，全面的測試和檢驗流程是3D打印得以深入應用的重要保證。作為全球知名的航空航天制造商，Thales Alenia Space在衛(wèi)星3D打印部件設計、制造和應用方面成績顯著。

同樣的，我國在衛(wèi)星部件的3D打印制造方面也積累了大量經驗，中國航天科技集團五院、上海航天技術研究院八院等單位已經開展了衛(wèi)星部件的全新設計和部件的在軌應用，也已經取得了不錯的成績。