3D打印開(kāi)源衛(wèi)星為航空航天創(chuàng)造更光明的未來(lái)

俄勒岡州的第一顆衛(wèi)星使用了3D打印材料,，這顆衛(wèi)星已在低地球軌道上成功運(yùn)行了一年之久。3D打印在未來(lái)的航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,，正是這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)使波特蘭州立大學(xué)的跨學(xué)科學(xué)生團(tuán)隊(duì)能夠快速開(kāi)發(fā)出開(kāi)源,、廉價(jià)且可靠的“CubeSat”納米衛(wèi)星系統(tǒng)。



OreSat0自2021年3月起進(jìn)入軌道,，其設(shè)計(jì)初衷是為了利用 CRP Windform LX3.0,，這是為數(shù)不多的可用于太空的選擇性激光燒結(jié) (SLS) 增材制造材料之一。這顆衛(wèi)星由波特蘭州立航空航天協(xié)會(huì) (PSAS) 設(shè)計(jì),、開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng),，這是一個(gè)跨學(xué)科的學(xué)生團(tuán)體，其目標(biāo)不僅是建造一顆衛(wèi)星,，而是創(chuàng)建一個(gè)完全可重復(fù)使用,、模塊化并且可定制的開(kāi)源CubeSat開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

帶有定制3D打印組件的模塊化硬件和 PCB
學(xué)生團(tuán)隊(duì)使用較便宜的組件和材料開(kāi)發(fā)了他們的納米衛(wèi)星系統(tǒng),，包括標(biāo)準(zhǔn)的兩層和四層 PCB 以及易于加工的鋁框架,。他們遇到的挑戰(zhàn)是，如何讓找到一種可靠的3D打印服務(wù),，能夠提供不會(huì)在近地軌道真空 (~ 10 mPa) 中脫氣的3D打印部件,，這些部件需要通過(guò)驗(yàn)證，可以承受極端溫度范圍（-40℃-100 °C),，而且它是不導(dǎo)電的,，因此可用于電子和射頻系統(tǒng)。


△OreSat0 的頂部具有由 Windform LX 3.0 打印的天線系統(tǒng),。

研究團(tuán)隊(duì)需要將三頻天線系統(tǒng)封裝在僅 5 x 5 x 2 厘米的體積中,。不能使用金屬，因?yàn)樗鼤?huì)使天線失諧,，但大多數(shù) 3D 打印材料無(wú)法勝任在太空飛行的任務(wù),。在研究了所有可用材料后,，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了 Windform LX3.0。波特蘭州立大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生 Cass Bloom 表示：“我們非常高興找到 CRP 的 Windform LX,。正是這項(xiàng)技術(shù)讓我們能夠在如此狹小的空間內(nèi)封裝如此多的功能,，高封裝密度會(huì)帶來(lái)很多優(yōu)勢(shì)�,！�


△波特蘭州立大學(xué)衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)：一個(gè)由電氣工程師,、機(jī)械工程師、計(jì)算機(jī)科學(xué),、數(shù)學(xué)專業(yè)和商科學(xué)生組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì),。

小型化和定制化
Windform LX 3.0 系統(tǒng)可以最大限度地提高電子和射頻系統(tǒng)的封裝密度。SLS 技術(shù)使制造商能夠靈活地利用幾乎每一立方毫米,，并集成無(wú)法用任何其他材料制造的復(fù)雜系統(tǒng),。


△OreSat 星跟蹤器相機(jī)：一個(gè)極其緊湊的星跟蹤器系統(tǒng)，使用一個(gè)非常緊湊的 10 毫米高鏡頭和相機(jī)傳感器外殼,，由 CRP 的 Windform LX3.0 3D 打印而成,。

相對(duì)于傳統(tǒng)制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：
與傳統(tǒng)制造技術(shù)和更常見(jiàn)的 3D 打印材料相比，Windform LX 3.0 具有許多優(yōu)勢(shì),，包括：

●能夠制造能夠承受振動(dòng)和機(jī)械沖擊的耐用部件,。例如，常見(jiàn)的空間環(huán)境測(cè)試要求是通過(guò)所有三個(gè)軸的 13 g 隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試,。
●能夠承受從 -40℃ 到 +100 ℃  的極端熱循環(huán),。
●極低的除氣要求，包括 NASA 和 ESA 的除氣要求,，例如 ASTM E595,。
●非導(dǎo)電特性，適合在 PCB,、電池和天線等電子元件附近安全使用,。

在使用傳統(tǒng) FDM 機(jī)器制作原型并迭代設(shè)計(jì)后，OreSat 團(tuán)隊(duì)求助于CRP USA,，這是一家專門從事航空航天應(yīng)用,，并且3D打印經(jīng)驗(yàn)十分豐富的美國(guó)公司,。CRP USA 使用Windform LX3.0打印了他們最終的飛行部件,。這種快速、迭代的設(shè)計(jì)過(guò)程使團(tuán)隊(duì)能夠利用 3D 打印的快速設(shè)計(jì)和原型制作功能,，同時(shí)適用于地球和太空,。