ESA多重布局,，全面擁抱3D打印航天器部件

3D打印技術(shù)在制造航天器方面的優(yōu)勢(shì)正在被越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)認(rèn)可,。更棒的是，業(yè)界公認(rèn)它還有更多潛力可以挖掘,，比如怎樣完全根據(jù)3D打印的特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和制造,，就是當(dāng)前航天界關(guān)注的一大重點(diǎn)。

歐洲空間局（ESA）正在聯(lián)合ICT先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)有前途的材料,。在這里,，研究人員可以研究外來(lái)材料的微觀結(jié)構(gòu)或材料的焊接方式。同時(shí),，除了3D打印工藝,，該實(shí)驗(yàn)室正在探索各種制造工藝的結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施也處在快速擴(kuò)充中,，平均每?jī)蓚�(gè)月有一臺(tái)新機(jī)器,，每六個(gè)月一個(gè)新技術(shù)，新的合金正在開(kāi)發(fā)中,�,？蒲腥藛T需要了解如何將材料的性能與加工過(guò)程進(jìn)行結(jié)合，以最大可能的優(yōu)化航天器性能,。

關(guān)于3D打印用于空間探索,，歐洲空間局可謂是長(zhǎng)袖善舞，充分調(diào)動(dòng)科研機(jī)構(gòu)的資源,。2015年,，歐洲航天局就和伯明翰大學(xué)合作研發(fā)了一整套增材技術(shù)解決方案。其中一項(xiàng)技術(shù)包括設(shè)計(jì)一個(gè)激光沉積設(shè)備的噴嘴及整合增材制造流程中的多個(gè)送絲系統(tǒng),。該技術(shù)提高了金屬絲打印的能力,，與金屬粉末打印系統(tǒng)相比更具優(yōu)勢(shì),。使用金屬絲作為打印材料，金屬打印設(shè)備將具備制造多種不同合金樣件的能力,，增加了打印過(guò)程中材料的利用率,， 還可以避免粉末溢出造成的污染、設(shè)備維護(hù),、安全等問(wèn)題,。

此外，歐洲空間局還研發(fā)了與上述技術(shù)相關(guān)的一種簡(jiǎn)化的金屬合金絲材制造工藝,，其基本原理是當(dāng)金屬絲通過(guò)熔池時(shí)將其表面進(jìn)行涂層,。該工藝與以往方式相比成本可降低20%-50%，制造過(guò)程消耗的能源和需要的基礎(chǔ)設(shè)施更少,、質(zhì)量更高,。

在整套增材技術(shù)解決方案中，還包括一種新的金屬打印過(guò)程的新熱源,。目前的金屬增材制造系統(tǒng)多以激光或電子束為熱源,，而該方案中的熱源則是由一組反射鏡聚焦的非相干光束，光束來(lái)源是200W-1000W的燈泡,。聚焦后的光束將會(huì)加熱目標(biāo)零部件中的局部區(qū)域,。這技術(shù)可以替代目前的激光和電子束熱源，并且成本更低,。

還包括一個(gè)通過(guò)熱等靜壓方法制造金屬件的系統(tǒng),，該系統(tǒng)以特定幾何形狀的小型（以毫米、厘米計(jì)）金屬單元的使用為基礎(chǔ),。金屬單元可以批量生產(chǎn)和自動(dòng)處理,。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：制造的產(chǎn)品幾乎不產(chǎn)生變形，與鍛造,、鑄造,、機(jī)加工相比，能夠制造更加復(fù)雜的零部件,；可以制造復(fù)合材料和功能梯度材料零部件,；更節(jié)約材料和成本。

不僅僅基礎(chǔ)研究,，歐洲空間局又與英國(guó)噴氣引擎公司合作設(shè)計(jì)Skylon有翼飛行器,，其“軍刀”引擎的一大亮點(diǎn)是3D打印的噴油器，該噴油器使得引擎在不到0.01秒中就可以得到急速降溫,。航天飛機(jī)可以像普通飛機(jī)一樣起飛,、飛行和著陸。

而2017年,，歐洲空間局推出了一項(xiàng)新的3D打印CubeSat立體小衛(wèi)星項(xiàng)目,，材質(zhì)為PEEK塑料,。隨著第一次測(cè)試運(yùn)行正式進(jìn)行，歐空局旨在使這些3D打印的微型衛(wèi)星投入商業(yè)應(yīng)用,，并配有內(nèi)部電氣線路,。而儀器、電路板和太陽(yáng)能電池板只需要插入即可,。

除了應(yīng)用領(lǐng)域獲得不斷的突破,。歐洲空間局還很重視硬件設(shè)施的建設(shè)。2016年,，歐洲空間局在英國(guó)基地牛津郡的哈威爾建立了一個(gè)新的先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室,，在那里研究3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)用于空間探索的可能性。

歐洲空間局哈威爾的實(shí)驗(yàn)室配備先進(jìn)的金屬3D打印機(jī),、強(qiáng)大的顯微鏡套件,、X射線CT機(jī)，以及一系列的熱處理加熱爐,。這里研究人員很方便的進(jìn)行先進(jìn)的力學(xué)試驗(yàn),，包括拉伸、顯微硬度測(cè)試,。研究人員可以使用實(shí)驗(yàn)室和哈威爾校園的設(shè)施,，如半導(dǎo)體潔凈室,、低溫實(shí)驗(yàn)室,、英國(guó)中央激光設(shè)施，ISIS中子源,，和鉆石光源等資源,。

不僅僅是自己的硬件設(shè)施，2017年,，歐洲空間局與英國(guó)制造技術(shù)中心（MTC）合作,，建立了一個(gè)“一站式”空間相關(guān)應(yīng)用增材制造中心—ESA增材制造中心（AMBC），該新中心由MTC管理,，使得ESA和其他空間探索公司能夠探索某些項(xiàng)目的3D打印潛力,。

英國(guó)國(guó)家增材制造中心坐落于英國(guó)考文垂市，MTC為3D打印提供指導(dǎo)和專業(yè)知識(shí),，并為ESA提供最先進(jìn)的3D打印設(shè)備,。AMBC主要用于原型和空間相關(guān)應(yīng)用零件的評(píng)估。

歐洲空間局是美國(guó)宇航局（NASA）最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。而通過(guò)與大學(xué),、科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合，歐洲空間局擁有了一系列的從共性基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品開(kāi)發(fā),，再到前沿技術(shù)探索方面的優(yōu)勢(shì),。也使得歐洲空間局基于歐洲強(qiáng)大的科研力量,，迅速積累自己的3D打印know how，并獲取下一代航天器的制造實(shí)力,。

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來(lái)源：3D科學(xué)谷