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3D打印技术飞上太空,远铸智能助力立方体卫星研发

时间:2020-07-20 来源:远铸智能 作者:远铸智能 浏览量:4633
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SpaceX载人龙飞船(Dragon)与国际空间站对接成功

茫茫宇宙,浩渺星辰,自甲骨文时代起,人类仰望星空,对头顶上的宇宙和太空的好奇与观察就从未停止过。现如今,航空航天技术飞速发展,日新月异,从“人类的一大步”,到SpaceX载人龙飞船成功对接国际空间站。同时期,航天领域商业公司迅速崛起,包括近地轨道和深空探测都不再是只有政府引导参与的领地。产品竞争、成本控制、追逐盈利成为商业航天的重要特点。这些特点也催生了3D打印等更快捷,更方便,成本更为低廉的工程制造技术。航天领域中,卫星在传统认知领域通常来说都是巨型物体,生产制造需要花费百万美元和漫长的制作周期,但是小小的立方体卫星的出现打破了这个常规,它更方便,效率更高,也容易操作。造价成本低、发射成本低,制作周期短是其主要特点。

什么是立方体卫星

立方体卫星是一种用来进行简单的太空观察和大气测量的标准立方体模块,搭载火箭捆绑发射,没有独立的推进系统,表面通常包覆太阳能电池板,这一特点也推动了立方体卫星技术的快速迭代和发展。利用立方体卫星进行快速在轨组装技术验证,对地观测,开展小行星探测成为可能。而应用3D打印制造的立方体卫星可以更快的加速制作周期,进一步降低制造成本,给与立方体卫星研发团队更多的设计自由度。

图:立方体卫星模型概念图

如欧洲航天局近年来就开展了大气低热层探测的QB50计划。QB50的任务目标描述为“演示验证全球大学团队研制的50颗立方体卫星网络,由低成本运载火箭发射,完成对高度为200-380千米的大气低热层进行探测的科学任务”。由于卫星在轨寿命很短,若采用现有航天器研制试验流程及规范研制50颗传统意义上的卫星,成本极其高昂,项目不具财务意义上的可行性,因此低成本的替代方案是有效开展低热层原位探测的急待解决的瓶颈之一。应用3D打印的立方体卫星可以有效的突破这个瓶颈,使得QB50计划快速推进。立方体卫星怎么打印出来的近日,国内某航空航天研究院所运用远铸智能INTAMSYS的高性能双喷头3D打印设备FUNMAT PRO 410打印立方体卫星进行相关的科学研究试验,该立方体卫星使用两种不同的INTAMSYS PEEK材料,如下图所示,黑色和黄色的PEEK材料,完成全部打印过程。目前打印样件已经通过了前期的科学研究测试,接下来按照后续计划将在模拟环境下进行下一步的科学研究测试。

图:黑色和黄色PEEK打印的立方体卫星

该研究院研究人员称:“远铸智能的FUNMAT PRO 410可以打印如PEEK类的高性能材料。PEEK材料具有优异耐辐照性能、耐空间高低温环境适用性以及极低的真空放气性能,这保证了材料与结构在太空中的安全性与可靠性,在航空航天中有着广泛的应用前景。并且FUNMATPRO 410的智能双喷头均具备打印高温材料的能力,这在很大程度上增加了我们设计的可能性,并缩短了我们研发的周期。

3D打印立方体卫星的优势

应用3D打印技术和远铸智能的FUNMAT PRO 410打印设备之后,极大了加速了立方体卫星的研发进程,并赋予研发人员极大的自由度和想象空间,而这在以前是无法想象的。立方体除了3D打印主体外,它们还将安装有内部电气线路,仪器、电路板和太阳能电池板只需插入即可完成成品。双PEEK材料结构的立方体卫星结构稳定,将进一步开展研发和测试,后期将进行力学、电磁等具体场景测试。”

远铸智能的3D打印技术不仅赋予了研究人员更多的创造自由度,还为研究机构节省了大量的人力物力成本。以往的立方体卫星框架通常是由传统的钣金加工技术构造,这种技术对模具有较高的要求,开模成本从几万到几十万不等。时间通常需要几周甚至几月。对于研发和小批量生产的研究院所来说,成本高,耗时长,传统的生产模式严重拖累了科研进度。相比而言,3D打印增材制造的特点更符合这类客户需求。用户无需开模,运用计算机进行设计后就可以通过3D打印设备即刻打印成型,节省了大量的时间及成本,加速了结构设计优化与产品迭代的过程。

对于立方体卫星的3D打印的探索势必会催生出3D打印在太空环境下(失重和真空环境下)的研究和应用,为未来的航天领域增加无限的可能性。

更多有关3D打印设备的信息请参阅:www.intamsys.cn