CRP 工程級PBF復合材料應(yīng)用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器，為航空航天業(yè)提供新機遇

微型衛(wèi)星通常重量不到 2 公斤,，雖然很小,，但它們對航空航天領(lǐng)域產(chǎn)生著巨大影響。這些微型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)緊湊且易于發(fā)射,，如今被商業(yè),、政府、軍事和民用機構(gòu)用于多種目的,，從監(jiān)測電子煙霧污染,、改善電信、收集數(shù)據(jù)到捕獲高頻信號,，再到從太空拍攝的地球圖像,。但這些小型設(shè)備最近的激增和成功背后的原因是什么？一方面,，微型衛(wèi)星比大型衛(wèi)星具有巨大的優(yōu)勢（例如更低的發(fā)射成本）,，并且它們得益于電子器件微型化的持續(xù)趨勢。但還有另一個因素使它們的開發(fā)成為可能且易于實現(xiàn)：增材制造技術(shù),。

△發(fā)射器概念圖：描述了V2Albapod Deployer釋放4個Pocket Qubes的情況,。照片由Rocket Lab提供。

CRP 集團的粉末床熔融（PBF）用工程級 Windform 復合材料為開發(fā)滿足太空使用嚴酷要求的低成本微型衛(wèi)星開創(chuàng)了新的機遇,，該公司的碳纖維和玻璃纖維增強材料在開發(fā)時考慮了航空航天應(yīng)用,。

△Windform 材料對航空航天業(yè)的影響

CRP Technology長期與JAXA（日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)）等航空航天領(lǐng)導者合作，某些牌號成功地經(jīng)受了重力測試并滿足 NASA 和 ESA 的除氣標準,。正如我們將更詳細地看到的,，Windform 材料對于微型衛(wèi)星的生產(chǎn)非常重要，多年來許多 Windform 衛(wèi)星已發(fā)射并且仍然成功在軌運行的事實就證明了這一點,。

Windform 材料和微型衛(wèi)星的興起

近年來,，總部位于意大利的 CRP Technology及其姊妹公司CRP USA已成為眾多航空航天領(lǐng)導者和機構(gòu)的重要合作伙伴。這要歸功于CRP 的PBF專用Windform 復合材料系列,，該材料能夠提供太空應(yīng)用（例如微型衛(wèi)星）以及平流層內(nèi)應(yīng)用（例如 UAS/UAV 系統(tǒng)和創(chuàng)新飛機發(fā)動機組件）所需的堅固性和耐用性（稍后會詳細介紹）,。

△土衛(wèi)六發(fā)射器。照片來源：JAXA/NASA

CRP 的太空預制組件已被美國國家航空航天局 (NASA) 和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu) (JAXA) 等國家航天機構(gòu)以及航空航天行業(yè)領(lǐng)導者用于發(fā)射器和微型衛(wèi)星的開發(fā)和生產(chǎn),。有趣的是,，該公司的產(chǎn)品與CubeSat應(yīng)用程序一起發(fā)展：近年來推出了許多新的Windform材料，以滿足航空航天應(yīng)用程序和相鄰領(lǐng)域不斷增長的需求,。僅針對航空航天領(lǐng)域,，該公司就提供七種工業(yè)級復合材料，這些材料具有一系列有益的特性,，例如導電或絕緣特性以及防釋氣性,。結(jié)合粉末床熔融工藝的精度，這些材料非常適合創(chuàng)建堅固,、精細的結(jié)構(gòu),，并經(jīng)過優(yōu)化以適應(yīng)緊湊空間中的各種儀器和技術(shù),。

Windform材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用有著許多成功的案例。例如,，CRP Technology 和 CRP USA 與蘇格蘭航空航天公司 Alba Orbital 和總部位于賓夕法尼亞州的 Mini-Cubes LLC 建立了合作伙伴關(guān)系,，前者正在建造和發(fā)射世界上最先進的皮衛(wèi)星，后者專門開發(fā)用于觀測和通信的 PocketQube 衛(wèi)星任務(wù),。前者依靠 3D 打印設(shè)備 AlbaPod v2 將 PocketQube 衛(wèi)星發(fā)射到軌道上,。該發(fā)射器由 CRP Technology 制造，采用 Windform XT 2.0（一種碳纖維增強的聚酰胺復合材料）制成,。它已成功用于四次任務(wù),，將25個PocketQube有效載荷發(fā)射到軌道上，如今AlbaPod v2是市場上唯一可可運行,、經(jīng)過飛行驗證的PocketQube發(fā)射器,。 CRP USA則與Mini-Cubes LLC合作，使用相同的Windform復合材料制造航天級PocketQube衛(wèi)星,。

Windform XT 2.0 為微型衛(wèi)星提供了理想的材料特性,，具有高拉伸強度、抗沖擊性,、抗排氣性以及耐氣壓和耐流體性,。Windform 復合材料系列的另一個特點是密度極低且重量輕（特別是與具有相當強度和耐用性的金屬相比）。這一點至關(guān)重要,，因為發(fā)射成本在很大程度上取決于有效載荷的重量,，因此立方體衛(wèi)星越輕，部署就越容易,、越便宜,。

與 FDM、SLA（甚至非復合材料 SLS）等其他 3D 打印工藝相比,，CRP的 Windform 材料和 PBF 技術(shù)還具有多種優(yōu)勢，包括能夠生產(chǎn)更堅固,、更耐用的部件,，并經(jīng)認證可承受太空環(huán)境壓力。（Windform 組件已成功通過了各種壓力測試,，包括沿所有三個軸進行高達 14 公斤的隨機振動以及 -40 至 80 攝氏度的熱真空循環(huán),。）Windform 材料還表現(xiàn)出排氣合規(guī)性，適合與電子產(chǎn)品一起使用,，如 PCB,、電池和天線。Windform LX 還具有絕緣特性,，這使其特別適合制作電子外殼,。

△Oresat 采用三頻 4 元件天線系統(tǒng),，盡管空間狹窄，但仍可完全運行,。

Windform衛(wèi)星應(yīng)用

我們已經(jīng)談?wù)摿撕芏嚓P(guān)于 3D 打印Windform 如何用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器的內(nèi)容,，但確切了解 3D 打印哪些部件以及原因是很有趣的。CRP 3D 打印技術(shù)的一種常見用途是創(chuàng)建可以安全,、緊密地安裝電子設(shè)備的復雜結(jié)構(gòu),。該公司解釋道：“Windform 克服了緊湊型衛(wèi)星中多個板之間布線的復雜性挑戰(zhàn)�,！�

例如,，在 TuPOD 衛(wèi)星中，CRPUSA 3D 打印了一個光滑的圓柱體,，除了專門設(shè)計用來容納帶有電子器件的單板下部分外,，沒有任何空腔。得益于3D 打印設(shè)計和 Windform XT 2.0 的強度,，電子板得到了充分的保護,，免受 TubeSat 集成過程中可能發(fā)生的損壞。

CRP 還協(xié)助波特蘭州立航空航天學會(PSAS) 最近計劃的俄勒岡航空航天任務(wù)生產(chǎn)定制 3D 打印組件,。最終目標是開發(fā)真空密封部件,，能夠有效地將多個電子元件安裝在狹小的空間內(nèi)，同時還能對它們進行絕緣,。通過使用非導電 Windform LX 材料,，PSAS 能夠制造出滿足三頻段、四元件天線的封裝密度需求的外殼,。

PSAS 團隊的一名成員說道：“據(jù)我們所知,，沒有任何其他衛(wèi)星具有這種天線密度。我們非常高興找到 CRP 的 Windform LX,。它絕對改變了我們設(shè)計衛(wèi)星所有部件的方式,。” CRP的高性能復合材料還被用于生產(chǎn)下一代微型衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)部件,。

△CRP 技術(shù)適用于 FLYING-CAM 最大,、功能最齊全的超級無人機，具有增強的耐用性,。

讓太空觸手可及

Windform 材料和 3D 打印的使用在微型衛(wèi)星的擴散中發(fā)揮了重要作用,，幫助軌道系統(tǒng)從一項為資金雄厚的研究組織和航天機構(gòu)保留的利基技術(shù)發(fā)展為每個人都更容易使用的技術(shù)。增材制造空間技術(shù)的民主化有可能改變國家和公司等,，因為它允許前所未有地獲取有關(guān)我們世界的信息和見解,。CRP 設(shè)想，由于特定增材制造材料和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，太空探索將在未來得到擴展,。微型衛(wèi)星是這一進步的一部分,，這些小型設(shè)備如今可用于多種用途，從簡單的觀測到更復雜的數(shù)據(jù)收集和探索,。

CRP 表示：“Windform 中 3D 打印技術(shù)的使用徹底改變了微型和納米衛(wèi)星的開發(fā)并使之民主化,。這些衛(wèi)星的特點是質(zhì)量輕、標準化高,，并且使用商業(yè)組件,，從而大大降低了成本和開發(fā)時間�,！敝档米⒁獾氖�,，微型衛(wèi)星的開發(fā)只是CRP集團在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮作用的領(lǐng)域之一。

△新一代飛機采用尖端 Windform 組件,，可顯著降低噪音和摩擦,。

下一代飛機實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

CRP 集團的 Windform 材料也被用于開發(fā)以效率為優(yōu)先設(shè)計的新一代飛機。這些飛機采用了尖端的 Windform 組件,，帶來了明顯的改進,。在一個用例中，3D 打印發(fā)動機組件在生產(chǎn)飛機發(fā)動機方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用,，與現(xiàn)有的高效發(fā)動機相比,，效率提高了 10%。這一成就是提高現(xiàn)代飛機性能和可持續(xù)性的持續(xù)努力的一個重要里程碑,。

CRP公司表示：“該項目的主要成就在于部件的強度,、輕便性以及纖薄性。該發(fā)動機的部件首次經(jīng)過測試并獲得批準,，因為它們能夠提高速度性能,，同時減少噪音和摩擦�,！� 該用例的細節(jié)大多未公開,，但已成功通過了漫長而復雜的試驗，目前正進入下一階段的常規(guī)生產(chǎn)交付,。

無人機和無人機是 CRP 集團的另一個重要垂直領(lǐng)域,，該公司提供生產(chǎn)飛行就緒結(jié)構(gòu)、支架和推進系統(tǒng)等輕型部件,、替換部件、遙控器等的服務(wù),。

最終,，CRP 集團的技術(shù)，特別是其堅固的 Windform 材料，能夠為更廣泛的組織,、研究人員和初創(chuàng)公司解鎖航空航天應(yīng)用,，幫助開創(chuàng)一個新時代。