NASA資助25個(gè)具有突破性的太空探索3D打印項(xiàng)目

2023年6月13日，南極熊獲悉，美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA將資助25個(gè)與太空探索相關(guān)的3D打印項(xiàng)目，為太空探索帶來了新的激勵(lì)。這些項(xiàng)目旨在利用3D打印技術(shù)解決太空探索中的各種挑戰(zhàn)和需求。

△NASA為小型企業(yè)頒發(fā)的SBIR和STTR獎(jiǎng)

據(jù)悉，今年NASA已經(jīng)從小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）和小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓（STTR）的提案中選擇了300個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。好消息是，3D打印項(xiàng)目在這些獲獎(jiǎng)提案中占據(jù)了重要地位，總共有25個(gè)項(xiàng)目被選中。NASA計(jì)劃將投資總額達(dá)4500萬美元（約為3.2億人民幣），每個(gè)提案團(tuán)隊(duì)將獲得最少15萬美元（約為107萬人民幣）的資金支持，以證明其突破性創(chuàng)新的價(jià)值和可行性。

可以清楚地看到，與3D打印相關(guān)的提案數(shù)量穩(wěn)步增長(zhǎng)。2019年，有10家與3D打印制造相關(guān)的公司入選了第一階段的獎(jiǎng)項(xiàng)，而到2022年，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)增加到24個(gè)，這些項(xiàng)目都利用了3D打印技術(shù)的力量。這一趨勢(shì)明確表明航空航天業(yè)對(duì)于推動(dòng)增材制造技術(shù)持續(xù)的投入和支持。

SBIR合同的持續(xù)時(shí)間為六個(gè)月，而STTR合同與研究機(jī)構(gòu)的合作則延長(zhǎng)至13個(gè)月。以下是七個(gè)備受行業(yè)矚目的前沿3D打印計(jì)劃：

△混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

用于Smallsat Deorbit的3D打印混合推進(jìn)系統(tǒng)

HyBird Space正在開發(fā)一種名為RT-5X的3D打印反制動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的脫軌。最初，3D打印的RT-5X將專注于低地球軌道（LEO）航天器的脫軌任務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)將有助于NASA努力減輕軌道碎片對(duì)其航天計(jì)劃造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檐壍浪槠�是地球軌道上不再有用的人造物體。HyBird Space Systems希望通過其技術(shù)提供一種低成本、預(yù)防碎片的解決方案，實(shí)現(xiàn)受控的大氣層再入，并可能使其他小型衛(wèi)星開發(fā)商受益。

用于靈巧末端執(zhí)行器的微型輕型、可3D打印、光學(xué)雙接觸力和溫度傳感器

Intelligent Optical是一家總部位于加利福尼亞的公司，致力于推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)，這對(duì)于建立可持續(xù)的空間基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。該公司提出了一種新型的末端執(zhí)行器傳感器，該傳感器使用混合到聚合物中的發(fā)光染料同時(shí)測(cè)量接觸力和溫度。這種傳感器可以通過3D打印并集成到機(jī)器人系統(tǒng)中，從而擴(kuò)展了傳感末端執(zhí)行器的應(yīng)用范圍。這項(xiàng)技術(shù)在各種機(jī)構(gòu)任務(wù)中都有應(yīng)用，因?yàn)樗�使機(jī)器人能夠執(zhí)行任務(wù)，而不需要人類在太空中親自操作。

除了NASA，這項(xiàng)創(chuàng)新還在不斷增長(zhǎng)的通用機(jī)器人市場(chǎng)中展現(xiàn)了潛力，為實(shí)現(xiàn)更普遍和更類似人類勞動(dòng)的機(jī)器人開啟了新的可能性。

△Multiscale開發(fā)的超級(jí)復(fù)合材料

在極端環(huán)境下使用的金屬激光3D打印軸承

位于馬薩諸塞的Multiscale團(tuán)隊(duì)致力于利用金屬激光3D打印技術(shù)應(yīng)對(duì)探索外行星、地下海洋和金星等極端環(huán)境的挑戰(zhàn)。他們計(jì)劃使用這一創(chuàng)新方法在多材料合金中打印軸承，以應(yīng)對(duì)低溫、腐蝕性大氣和高壓等惡劣條件。這種解決方案具有輕量化、復(fù)雜設(shè)計(jì)以及制造高延展性、可控?zé)崤蛎浐湍透�蝕性等理想特性的合金復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)。他們的最終目標(biāo)是根據(jù)客戶規(guī)格制造組件，使得NASA能夠在金星、木衛(wèi)四、土衛(wèi)二、木衛(wèi)二、土衛(wèi)六等任務(wù)以及可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用中受益，尤其是在增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)和地?zé)釤岜梅矫妗?br />

使用增材制造的超導(dǎo)磁屏蔽

一家總部位于得克薩斯的公司Applied Nanotec，致力于提高用于太空探索的X射線探測(cè)器的性能，并探索新的方法。這些探測(cè)器被稱為過渡邊緣傳感器（TES），對(duì)磁場(chǎng)非常敏感，這可能影響其準(zhǔn)確性。為了解決這個(gè)問題，Applied Nanotech 正在開發(fā)一種新方法，利用3D打印制造技術(shù)來保護(hù)探測(cè)器免受磁場(chǎng)影響。他們計(jì)劃在能夠阻擋磁場(chǎng)的材料上涂覆一層特殊的層。這項(xiàng)研究具有廣泛的應(yīng)用潛力，可用于各種NASA任務(wù)，包括天體物理學(xué)、地球科學(xué)、太陽(yáng)物理學(xué)和行星科學(xué)的研究。該技術(shù)的開發(fā)還可以在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如改進(jìn)電子封裝和量子計(jì)算。

非平面星載增材制造電子產(chǎn)品

Micro-Precision Technologies (MPT) 正與賓厄姆頓大學(xué)的高級(jí)微電子制造中心 (CAMM) 合作，致力于開發(fā)一種工藝，用于制造專用于太空的特殊電子電路。他們結(jié)合了MPT的厚膜陶瓷技術(shù)和CAMM的氣溶膠噴射打印技術(shù)。這種混合技術(shù)使他們能夠在曲面上制造電路，并滿足太空任務(wù)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。這些電路將用于那些傳統(tǒng)電路板過大或無法正常工作的太空和地球應(yīng)用中，其中包括NASA在探索其他行星和運(yùn)營(yíng)國(guó)際空間站(ISS)的任務(wù)、醫(yī)療設(shè)備和國(guó)防工業(yè)。

符合太空要求的3D打印印刷電路板

Nanohmics和德克薩斯州立大學(xué)的Maggie Chen教授正在合作開發(fā)專為太空而設(shè)計(jì)的獨(dú)特印刷電路板（PCB）。這些PCB將利用先進(jìn)的3D打印技術(shù)和導(dǎo)電油墨制造。項(xiàng)目的目標(biāo)是制造出能夠在太空極端條件下經(jīng)受住溫度變化、沖擊和輻射等挑戰(zhàn)的PCB。在第一階段，他們將使用柔性材料創(chuàng)建原型PCB，并使用標(biāo)準(zhǔn)電子元件對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。這些新型PCB將具有靈活性和緊湊性，能夠更有效地利用太空任務(wù)中的空間。

3D打印電子產(chǎn)品中高級(jí)集成電路的高可靠性互連

該項(xiàng)目旨在提高使用3D打印制造電子（AME）技術(shù)制造的產(chǎn)品的耐用性和堅(jiān)固性。Sciperio和位于代托納比奇的Embry-Riddle航空大學(xué)希望設(shè)計(jì)出能夠在溫度變化中保持可靠連接的互連技術(shù)（用于連接電子電路中的不同部分）。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用先進(jìn)的3D打印設(shè)備，快速生產(chǎn)和測(cè)試這些設(shè)計(jì)。該技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域包括衛(wèi)星電子設(shè)備、可穿戴監(jiān)控設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

NASA在2023年授予的其他計(jì)劃旨在徹底改變?cè)虑蚪ㄔO(shè)。這些計(jì)劃包括加固著陸臺(tái)、改進(jìn)著陸和起飛的安全性、利用高功率微波技術(shù)進(jìn)行建筑活動(dòng)，并引入創(chuàng)新的Brickbot系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以提取風(fēng)化層用于制造著陸臺(tái)磚塊。此外，還有一項(xiàng)便攜式太空檢查機(jī)項(xiàng)目，3D打印原位資源提取技術(shù)，用于地球外3D打印建筑，以及用于太空核應(yīng)用的3D打印陶瓷熱管理系統(tǒng)。這些項(xiàng)目旨在推動(dòng)月球探索和未來的太空建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。

△NASA將資助25個(gè)與太空探索相關(guān)的3D打印項(xiàng)目

以下是今年獲得第一階段SBIR和STTR獎(jiǎng)項(xiàng)的其它3D打印相關(guān)計(jì)劃的列表：

SBIR

●CFD Research Corporation開展綜合計(jì)算材料工程（ICME）研究，用于太空和地外表面金屬焊接和連接。
●Advanced Analyzer Labs開發(fā)用于空間的X射線分析儀。
●月球資源利用提取金屬氧化物渣，用于月球上的加工。
●通過先進(jìn)的冷卻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)空間核反應(yīng)堆的陶瓷熱管增材制造。
●C-Suite Services提供飛行配重低溫凸輪蝶閥和超高壓可變流量控制閥。
●Cornerstone研究小組通過細(xì)胞優(yōu)化技術(shù)，改進(jìn)空間成像增材制造鏡基板。
●Muse Engine提供快速配置模具和型腔系統(tǒng)。
●Nanovox開發(fā)寬帶無機(jī)自由曲面光學(xué)器件。
●Optomec Design實(shí)現(xiàn)增材制造堅(jiān)固的非平面電氣互連。
●Polaronyx開發(fā)機(jī)器人高發(fā)射率表面處理技術(shù)。
●Quadrus Advanced Manufacturing通過增材制造技術(shù)改進(jìn)離子發(fā)動(dòng)機(jī)光學(xué)器件。
●Vapor Cell Technologies利用增材制造技術(shù)開發(fā)超精細(xì)光機(jī)激光學(xué)科（AM-HOLD）模塊。

STTR

●Linc Research和阿拉巴馬大學(xué)合作開發(fā)了一種新型的月球著陸墊加固結(jié)構(gòu)。
●SpaceFactory和密歇根理工大學(xué)合作開發(fā)了一種用于覆蓋月球風(fēng)化層的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)在月球上的就地建設(shè)。
●Vista Engineering and Consulting與阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校合作研究了可重復(fù)利用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料電阻焊技術(shù)。
●X-Hab 3D和賓夕法尼亞州立大學(xué)合作利用多用途微波源處理月球風(fēng)化層，用于建筑活動(dòng)。
●Alternative Energy Materials和華盛頓州立大學(xué)合作開發(fā)高功率密度加壓整體氧化鋯電解槽，用于替代能源材料研究。