澳大利亞政府教育部推動(dòng)iLAuNCH項(xiàng)目，使用電子束熔融制造衛(wèi)星

2023年10月，南極熊獲悉，來(lái)自澳大利亞的iLAuNCH項(xiàng)目將使用頂尖的增材制造 (AM)，制造更耐用的衛(wèi)星和高超音速飛行器結(jié)構(gòu)。iLAuNCH（創(chuàng)新發(fā)射、自動(dòng)化、新型材料、通信和高超音速）計(jì)劃是一項(xiàng)徹底變革太空技術(shù)的綜合努力，已啟動(dòng)其首個(gè)開(kāi)拓者項(xiàng)目。此項(xiàng)目將持續(xù)創(chuàng)新并與頂級(jí)機(jī)構(gòu)合作，有望為空間技術(shù)帶來(lái)重大進(jìn)步。



iLAuNCH Trailblazer 執(zhí)行董事 Darin Lovett 表示：“這個(gè)重要項(xiàng)目使用了目前最受關(guān)注的技術(shù)之一——增材制造技術(shù)，增加太空專用定制結(jié)構(gòu)的可用性，將支持不斷增長(zhǎng)的太空領(lǐng)域。與其他頂尖機(jī)構(gòu)合作，將支持世界一流的澳大利亞主權(quán)制造能力，這將創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)以及訓(xùn)練有素的勞動(dòng)力，從而導(dǎo)致航天工業(yè)和其他市場(chǎng)的全球出口�！�

這項(xiàng)工作擺脫了傳統(tǒng)的制造方法，著眼于增材制造的創(chuàng)新領(lǐng)域。項(xiàng)目計(jì)劃的核心是電子束熔融(EBM)，這是增材制造的一種形式，因其在熔煉鈦和鎳等高溫金屬方面的效率而脫穎而出。EBM 方法可以在真空中使用，幾乎將所有電子束的能量都用于熔化金屬粉塵。在這種環(huán)境下，不僅可以實(shí)現(xiàn)高溫，而且該方法還可以防止氧化，確保生產(chǎn)堅(jiān)固且適應(yīng)性強(qiáng)的零件。


△Arcam EBM Q20plus

EBM-電子束熔融技術(shù)
電子束熔融 3D 打印技術(shù)（Electron Beam Melting，EBM）是一種金屬 3D 打印技術(shù)，通過(guò)高能電子束掃描金屬粉末表面，使其熔化并在預(yù)定輪廓范圍內(nèi)形成固態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)金屬零件的快速成形。這種技術(shù)具有以下特點(diǎn)：


△EBM系統(tǒng)和流程示意圖

原理：EBM 技術(shù)類似于激光粉末床熔化技術(shù)（Laser Powder Bed Fusion，LPBF），但它使用的是電子束作為能量來(lái)源，而非激光。電子束具有較高的功率密度，能夠在短時(shí)間內(nèi)熔化金屬粉末，制造出高密度、高機(jī)械強(qiáng)度的金屬零件。

優(yōu)點(diǎn)：
a. 制造出的零件具有高密度和高機(jī)械強(qiáng)度，可用于從渦輪葉片到髖關(guān)節(jié)植入物等高精度、高強(qiáng)度的應(yīng)用領(lǐng)域；
b. EBM 技術(shù)可以生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件，對(duì)于傳統(tǒng)的鑄造和鍛造工藝難以實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，EBM 技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)；
c. EBM 技術(shù)可以快速成形，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。

缺點(diǎn)：
a. 由于電子束的聚焦和定位類似于光學(xué)透鏡對(duì)激光束的聚焦和定位，因此，零件的精度受到電子束的控制精度的影響；
b. 目前，EBM 技術(shù)主要適用于金屬材料，對(duì)于非金屬材料的 3D 打印還需進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。

iLAuNCH中心
位于卡姆登公園的 iLAuNCH 中心地理位置優(yōu)越，靠近阿德萊德的航天部門企業(yè)，處于空間結(jié)構(gòu)快速 3D 金屬打印的最前沿，代表 iLAuNCH Trailblazer 計(jì)劃投資 1.8 億澳元。這個(gè)項(xiàng)目將由南澳大利亞大學(xué)(UniSA)未來(lái)產(chǎn)業(yè)研究所與阿德萊德工業(yè)機(jī)械制造商VPG Innovation （Stärke 先進(jìn)制造集團(tuán)成員)合作完成。除了確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案外，該項(xiàng)目還將促進(jìn)航天領(lǐng)域的發(fā)展，創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)，并提高現(xiàn)有員工在航天應(yīng)用增材制造方面的技能。

南澳大學(xué)工業(yè)教授科林·霍爾 (Colin Hall) 總結(jié)了該項(xiàng)目：“iLAuNCH 中心致力于建設(shè)澳大利亞制造業(yè)的空間工程能力。該項(xiàng)目是太空開(kāi)拓者計(jì)劃的第一個(gè)項(xiàng)目，將為澳大利亞提供大規(guī)模增材制造。該項(xiàng)目正全力推進(jìn)；我們?cè)谌鸬湟呀?jīng)有兩名工程師正在開(kāi)發(fā)操作和維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)用技能。與一家創(chuàng)新、積極主動(dòng)且具有長(zhǎng)期愿景的公司合作真是太好了�！�

為了為接下來(lái)的工作做好準(zhǔn)備，項(xiàng)目工程師 Alex Baricz 和 James Mathison 在瑞典的GE Additive進(jìn)行了兩周的強(qiáng)化培訓(xùn)。在培訓(xùn)期間，他們提高了操作和維護(hù)Arcam電子束金屬 3D 打印機(jī)（GE Additive 擁有的技術(shù)）所需的實(shí)用技能。該打印機(jī)以其使用鈦和其他特殊材料的能力而聞名，并將在 iLAuNCH 計(jì)劃中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。


△南昆士蘭大學(xué)在空間制造、高超音速推進(jìn)系統(tǒng)、先進(jìn)材料和天體物理學(xué)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位

iLAuNCH 是澳大利亞政府加強(qiáng)研究能力、促進(jìn)行業(yè)參與和推動(dòng)商業(yè)成果愿景的產(chǎn)物。根據(jù)教育部的開(kāi)拓者大學(xué)計(jì)劃，旨在縮小現(xiàn)有差距并快速創(chuàng)建太空制造領(lǐng)域。通過(guò)這項(xiàng)聯(lián)邦計(jì)劃，iLAuNCH 將在四年內(nèi)獲得 5000 萬(wàn)美元的投資。另外 1.3 億澳元將來(lái)自南昆士蘭大學(xué)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)和南澳大學(xué)。行業(yè)合作伙伴和澳大利亞國(guó)家科學(xué)機(jī)構(gòu)、聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）也支持該倡議。到2040年，1.8億美元投資的凈經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)將達(dá)到36億美元。

該中心旨在將澳大利亞知識(shí)產(chǎn)權(quán)快速推向市場(chǎng)，并為這個(gè)高增長(zhǎng)行業(yè)培養(yǎng)新一代工程師。通過(guò)大力推動(dòng)資金和團(tuán)隊(duì)合作，澳大利亞正準(zhǔn)備在太空技術(shù)領(lǐng)域留下自己的印記，為所有參與者創(chuàng)造一個(gè)令人興奮的未來(lái)。