CNES引入INTAMSYS聚合物FFF技術(shù)，簡(jiǎn)化衛(wèi)星組件和無(wú)人機(jī)生產(chǎn)流程

2024年10月22日，南極熊獲悉，法國(guó)政府航天機(jī)構(gòu)國(guó)家空間研究中心(CNES) 正在引進(jìn)INTAMSYS的FFF增材制造技術(shù)來(lái)增強(qiáng)其空間技術(shù)能力。

法國(guó)國(guó)家太空研究中心成立于 1961 年，負(fù)責(zé)研究、設(shè)計(jì)和操作太空任務(wù)，并促進(jìn)歐洲和國(guó)際太空技術(shù)的發(fā)展。其中，CNES的實(shí)現(xiàn)與集成 (RI) 部門(mén)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)衛(wèi)星的組裝和測(cè)試，以及開(kāi)發(fā)工具和手段，以方便在發(fā)射前在法國(guó)國(guó)家空間研究中心的潔凈室中進(jìn)行組裝和測(cè)試（例如集成框架、多用途手推車(chē)、起重設(shè)備等）。這些潔凈室保持精確的條件，以確保衛(wèi)星組件處于穩(wěn)定的環(huán)境。

CNES機(jī)械集成部門(mén)經(jīng)理Theodore Froissart 說(shuō)道：“INTAMSYS 3D 打印機(jī)的易用性和高打印質(zhì)量非常出色，完美地解決了我們的挑戰(zhàn)，極大地促進(jìn)了我們的工作流程�，F(xiàn)在，我們可以通過(guò)點(diǎn)擊打印功能利用 INTAMSYS 的所有材料。此外，INTAMSYS 合作伙伴 CADvision 反應(yīng)迅速，提供出色的本地支持，允許共同開(kāi)發(fā)機(jī)器和軟件的改進(jìn)，進(jìn)一步提高效率和工作流程�！�

△CNES增材制造實(shí)驗(yàn)室。照片來(lái)自 CNES 和 INTAMSYS

3D 打印可加快衛(wèi)星工具制造速度

為了生產(chǎn)這些工具和設(shè)備，例如集成框架、多用途手推車(chē)，法國(guó)國(guó)家空間研究中心越來(lái)越多地使用FFF 3D 打印方法和創(chuàng)新聚合物材料。法國(guó)國(guó)家空間研究中心的增材制造實(shí)驗(yàn)室最初于 2014 年使用單材料打印機(jī)，由于需求量大和需要生產(chǎn)的零件數(shù)量多，該實(shí)驗(yàn)室發(fā)展迅速。

據(jù)該公司介紹，INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT是首臺(tái)集成到 CNES 太空研究中的 INTAMSYS 3D 打印機(jī)。后來(lái)，F(xiàn)UNMAT PRO 410也于最近加入，以補(bǔ)充同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)現(xiàn)有的打印機(jī)系列。

△FUNMATPRO 610HT 3D 打印機(jī)。照片來(lái)自 INTAMSYS。

在整合增材制造之前，CNES 面臨著傳統(tǒng)制造方法的諸多挑戰(zhàn)，特別是在潔凈室和衛(wèi)星測(cè)試中使用的合格材料方面。此外，生產(chǎn)工具所需的設(shè)計(jì)和制造周期較長(zhǎng)，這也影響了效率。

通過(guò)利用 3D 打印，CNES 能夠?qū)⒋诉^(guò)程簡(jiǎn)化為一天，實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)迭代，從而簡(jiǎn)化測(cè)試和衛(wèi)星組裝過(guò)程。

據(jù)該公司介紹，采用 INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT 使 CNES 能夠使用其想要的任何材料，例如聚碳酸酯、PEEK 和 ULTEM，這些材料對(duì)于制造衛(wèi)星測(cè)試所需的復(fù)雜工具至關(guān)重要。

FUNMAT PRO 610HT 的功能顯著提高了效率。即使使用歐洲航天局(ESA) 開(kāi)發(fā)的 PEEK-ESD 等高度專(zhuān)用的材料，CNES 仍可以通過(guò)僅調(diào)整一些參數(shù)在INTAMSUITE NEO（INTAMSYS 的切片機(jī)）中使用 INTAMSYS PEEK 型材。通過(guò)這一小步調(diào)整，第一批部件即可準(zhǔn)備打印。

法國(guó)國(guó)家太空研究中心探索衛(wèi)星測(cè)試的新應(yīng)用

CNES 開(kāi)發(fā)的應(yīng)用多種多樣，從簡(jiǎn)單的潔凈室工具到用于衛(wèi)星測(cè)試的復(fù)雜結(jié)構(gòu)工具，包括發(fā)射前的熱循環(huán)、沖擊和振動(dòng)測(cè)試。

平流層無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)是這些復(fù)雜的航空航天應(yīng)用之一，需要理想的真空室和測(cè)試環(huán)境條件。該部件使用 ULTEM TM 9085 材料在 FUNMAT PRO 610HT 3D 打印機(jī)上一體式打印。得益于 3D 打印機(jī)的 610 x 508 x508 毫米構(gòu)建體積和 300°C 恒定腔體溫度，以及高溫?zé)嵯到y(tǒng)，該部件得以精確 3D 打印。

CNES 表示，平流層無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將放置在平流層氣球下方進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。因此，CNES 必須在不同的環(huán)境中測(cè)試該部件，模擬稀薄甚至無(wú)大氣的條件，以確保其適合極端條件。

△平流層無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)。照片來(lái)自 CNES 和 INTAMSYS。

在原型測(cè)試過(guò)程中，該設(shè)計(jì)得到了法國(guó)國(guó)家空間研究中心機(jī)械工程師的認(rèn)證。在同一測(cè)試中，材料ULTEM TM 9085 也得到了認(rèn)證，證實(shí)了其在真空室內(nèi)的兼容性，不會(huì)產(chǎn)生排氣，這是保持理想光學(xué)性能的關(guān)鍵因素。

除了低排氣特性外，ULTEM TM在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用還因其出色的強(qiáng)度重量比和高耐熱性而至關(guān)重要，這使其成為制造在太空極端條件下工作的部件的理想選擇。

另一個(gè)使用 3D 打印技術(shù)的著名項(xiàng)目是MMX火星車(chē)，這是 CNES、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA) 和德國(guó)航空航天中心(DLR)之間的合作項(xiàng)目。MMX 是“火星衛(wèi)星探索”的縮寫(xiě)，是一款小型火星車(chē)，旨在探索火星最大的衛(wèi)星火衛(wèi)一。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，該團(tuán)隊(duì)利用 3D打印技術(shù)來(lái)創(chuàng)建、組裝和測(cè)試火星車(chē)的部件。

△MMX 探測(cè)車(chē)項(xiàng)目。照片來(lái)自 CNES。

展望未來(lái)，法國(guó)國(guó)家太空研究中心打算增強(qiáng)其增材制造技術(shù)，同時(shí)努力最大限度地發(fā)揮3D打印在太空探索方面的優(yōu)勢(shì)。