Stratasys子公司為NASA 3D打印30個(gè)衛(wèi)星天線陣列

近日，Stratasys公司下屬專(zhuān)業(yè)從事3D打印服務(wù)的子公司RedEye已經(jīng)與美國(guó)宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）合作，為其FORMOSAT-7/COSMIC-2衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)3D打印了30個(gè)天線陣列支架。

計(jì)算機(jī)生成的FORMOSAT-7 / COSMIC-2圖片，預(yù)定于2016年發(fā)射

COSMIC-1于2006年被送入外層空間軌道，其目的是收集全球范圍內(nèi)的溫度、濕度、壓力、電離層和大氣數(shù)據(jù)，包括一些難以獲取樣本的地區(qū)，如上海洋上空和極地地區(qū)等。由于COSMIC-1的成功，美國(guó)政府一直在繼續(xù)推進(jìn)名為FORMOSAT-7 / COSMIC-2后續(xù)計(jì)劃，準(zhǔn)備于2016年發(fā)射6顆衛(wèi)星進(jìn)入軌道，到2018年再發(fā)射6顆。

COSMIC-2的任務(wù)將標(biāo)志著3D打印的外部功能部件首次在外太空發(fā)揮作用。該天線陣列將捕獲大氣和電離層數(shù)據(jù)，以幫助提高天氣預(yù)報(bào)模式，推進(jìn)地球上的氣象研究。

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的天線陣列支架設(shè)計(jì)使用宇航石英（astroquartz）材料進(jìn)行傳統(tǒng)的機(jī)加工而成的。所謂宇航石英（astroquartz）材料，是一種可用于外層空間的先進(jìn)復(fù)合材料。一般來(lái)說(shuō)，使用宇航石英材料制造定制的線陣列是耗時(shí)且昂貴的，因?yàn)檎麄�(gè)制造過(guò)程的成本（使用一個(gè)定制的模具真空成形）和缺乏可調(diào)節(jié)性的（薄銅片需要永久地粘在宇航石英層之間）。

為了保證項(xiàng)目按時(shí)、按預(yù)算完成，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）需要一種替代方法。于是他們轉(zhuǎn)向RedEye為其3D打印這些零部件，而且要求這些部件能夠適應(yīng)衛(wèi)星天線陣列復(fù)雜的設(shè)計(jì)，并且強(qiáng)度足夠高，能夠承受外太空的嚴(yán)苛環(huán)境。

RedEye使用的是熔融沉積成型（FDM）技術(shù)和耐用的ULTEM 9085材料來(lái)完成這些定制的部件。ULTEM 9085是一種熱塑性材料，具有與鋁金屬相似的強(qiáng)度，但重要輕得多。

“將FDM技術(shù)用于這樣的項(xiàng)目我們從來(lái)沒(méi)有做過(guò)�！�RedEye副總裁兼總經(jīng)理Jim Bartel稱(chēng)，“如果這項(xiàng)技術(shù)能在太空惡劣環(huán)境中使用，那么它在地球上的應(yīng)用將幾乎沒(méi)有限制。”

而ULTEM 9085已經(jīng)接受了航空航天工業(yè)的嚴(yán)格審核，并通過(guò)了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）的可燃性評(píng)定。但是它以前還未曾經(jīng)受過(guò)外層空間應(yīng)用的考驗(yàn)。因此，據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，除了標(biāo)準(zhǔn)的功能測(cè)試（如天線波束方向、效率、和阻抗匹配等），FDM ULTEM 9085和部件必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的測(cè)試，以滿足NASA B/B1類(lèi)飛行硬件要求。其中的一些測(cè)試包括敏感性紫外線輻射、原子氧易受損性、脫氣、熱性能測(cè)試、符合火箭發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)/聲學(xué)載荷等。

ULTEM 9085的性能滿足了所有的性能測(cè)試要求。為了保護(hù)天線陣列支架不受氧原子和紫外線輻射傷害，NASA還在上面加了一層S13G防護(hù)涂料。

從2012年3月到2013年4月，RedEye一共制造了30個(gè)天線陣列結(jié)構(gòu)以用于成型、匹配和功能測(cè)試。直到2014年，RedEye才得以順利進(jìn)入JPL核準(zhǔn)的供應(yīng)商名單，并交付了30個(gè)完整的天線進(jìn)行最后的測(cè)試和集成。

“該陣列的復(fù)雜設(shè)計(jì)和ULTEM 9085的耐用性使得增材制造成為這一項(xiàng)目的理想選擇�！�RedEye公司負(fù)責(zé)航空航天和國(guó)防領(lǐng)域的戰(zhàn)略客戶經(jīng)理Joel Smith說(shuō)。“它不僅證明了3D打印部件的強(qiáng)度，但使用FDM技術(shù)來(lái)制造這些支架能夠顯著降低時(shí)間和成本�！�