miniFactory 3D打印衛(wèi)星部件將用做通信衛(wèi)星金屬替換件

芬蘭研究小組的項目旨在制造更輕,、更快的航天器,，研究的重點是開發(fā)適合在太空使用的3D打印聚合物組件,，Maker3D是這個研究小組的一部分,，負責(zé)用高分子材料對需要的零件進行3D打印,，并提供3D打印技術(shù)和零件設(shè)計方面的專業(yè)知識。miniFactory Ultra 3D打印機被選為這項工作的應(yīng)用工具,，能夠為航空航天和航天工業(yè)設(shè)計多種高性能材料,，還可以將多種材料組合在同一零件中,。

該項目名為HighPEEK，由歐洲航天局（ESA）資助,，于2019年9月啟動,，并持續(xù)兩年,。該項目最終將生產(chǎn)適用于空間技術(shù)的部件,。由于每公斤發(fā)射到軌道上的成本可能高達3萬美元,，即使重量減少很小，也可以節(jié)省大量預(yù)算,。該項目的研究目標(biāo)是減少至少50%的零件重量,，并盡可能縮短交貨期。主要想法是更換金屬零件,，因此項目中使用的材料一般需要是性能最好的高性能聚合物,。這種材料的3D打印對于航天發(fā)射來說是一種極為經(jīng)濟高效的制造方式。

其中的項目成員表示:“用3D打印熱塑性塑料替換金屬零件,，可以達到要求的規(guī)格,。當(dāng)這些部件在TRL5環(huán)境中進行測試時，要求非常高,。零件需要承受強烈的振動,、電荷和溫度的快速變化。并且,，有時零件也可能需要有內(nèi)部電路的線路結(jié)構(gòu)”。

衛(wèi)星零件正在制作中
衛(wèi)星上使用的部件將面臨地球空間環(huán)境以及振動和發(fā)射載荷,。對零件的其他重要要求是除氣和抗紫外線能力,。
為該項目選擇了兩組零件：
1.外殼
2．支撐結(jié)構(gòu)和支架

為了有一個真實的角度，將已被用于衛(wèi)星項目（如ARTES）的金屬部件選為基準(zhǔn),，來與3D打印高性能聚合物進行比較。3D打印PEEK CF支架,，用于固定衛(wèi)星上的通用蜂窩板,，照傳統(tǒng)所用的鋁質(zhì)版輕了59%。

上圖中突出顯示了來自支撐結(jié)構(gòu)和支架組的3D打印部件的一個示例,。支架用于固定通用蜂窩板,。這些傳統(tǒng)上是固定使用簡單的鋁角板與螺栓連接到框架。盡管3D打印版看起來要復(fù)雜得多,，但它比傳統(tǒng)鋁制版輕59%,。圖片中突出顯示的最新3D打印部件已使用gyroid填充打印為半空心結(jié)構(gòu)。這使得重量急劇減少而不損害機械性能,。3D打印版本中使用的材料是碳纖維增強PEEK材料,。

第二個示例部分來自一組外殼。采用ESD-PEKK材料制作了哨兵一號地球測繪衛(wèi)星電源繼電器外殼,。原來的外殼是用鋁制成的,，但利用3D打印可以改變結(jié)構(gòu)并使網(wǎng)格更輕。運用高性能聚合物,，項目的所有目標(biāo)都可以實現(xiàn),。

采用PEEK CF材料并重新設(shè)計的傳感器外殼
上圖所示的實驗性IRES-C傳感器外殼最初是用金屬制成的,。IRES-C是紅外地球傳感器的縮寫，它的任務(wù)是作為在軌衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的一部分,。重新設(shè)計的傳感器外殼采用碳纖維增強PEEK進行了3D打印,，這種設(shè)計實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)更輕而不影響功能。

零件要求
在進入軌道的旅程開始時,，部件需要承受很大的壓力,。準(zhǔn)確地說，縱向加速度為6g,，橫向加速度為4g,，并且還不是全部，有很多連續(xù)的振動和零星的沖擊載荷,。因此,，零件的測試需要全面，涵蓋零件強度和剛度測試的不同方面,。除了拉伸和彎曲模式外,，還使用振動臺測試了零件的抗疲勞性。

當(dāng)部件進入軌道時,，需求會發(fā)生變化,，不同的挑戰(zhàn)也會出現(xiàn)。這些零件現(xiàn)在面臨著高真空和不同光譜的電磁輻射,。所有零件都需要進行不同類型紫外線（A,、B和C）的應(yīng)力測試，以便能夠承受空間中的連續(xù)暴露,。

除此之外,，零件還需要具有非常好的排氣性能。這是一種與零件在高真空下的穩(wěn)定性有關(guān)的現(xiàn)象,。零件不能在聚合物結(jié)構(gòu)中含有氣泡或在真空中發(fā)生化學(xué)分解,。
為了滿足所有這些要求，零件需要用性能最好的聚合物制作,，并需要全程監(jiān)控制作的過程,。

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