歐洲最大的衛(wèi)星用專業(yè) 3D 金屬打印部件

一直以來，增材制造技術都霸占著金屬加工領域頭條新聞的位置,。這種被譽為將帶來“第三次工業(yè)革命”的 3D 金屬打印技術標志著制造實體零件的制造方法發(fā)生了巨大的改變,，也揭示了金屬零件制造模式已經(jīng)發(fā)生了根本性的轉變。在這種轉變之中,，或在融合了傳統(tǒng)切削加工和增材制造的混合制造工藝中,，增材制造技術已經(jīng)變得越來越重要。

來自Thales Alenia Space的最新消息,，航空和航天工業(yè)領域內(nèi),，歐洲最先進、最全面的宇航公司泰雷茲阿萊尼亞宇航公司和法國3D 打印服務公司 Poly-Shape SAS達成合作伙伴關系,，為韓國的新通信衛(wèi)星 Koreasat-5A 和 Koreasat-7 提供增材制造部件,，從而也再次證實了3D金屬打印技術是數(shù)字化制造方式的創(chuàng)新推動者和先驅者地位。

據(jù)介紹，Koreasat-5A 和 Koreasat-7 的天線支架將成為迄今為止,，歐洲采用基于粉末床的金屬激光熔融技術制造并送入太空軌道的最大體積零件,。其尺寸為 447 x 204.5 x 391 mm3 ，重量卻只有 1.13 kg,，可以稱得上是真正的輕量化部件,。但對于Thales Alenia Space來說，真正的挑戰(zhàn)還是來自于部件的尺寸,。該部件屬于超大型的工程部件,，由法國Poly-Shape SAS 采用增材制造而成，將安裝在Koreasat-5A 和 Koreasat-7中,，作為天線的基座支架,，用于與地面基地進行通信。Poly-Shape SAS 公司作為3D打印的專家,，在航空和航天工業(yè)的原型制作,、3D 金屬打印和組裝方面都是享有盛譽的合作伙伴。

輕量化結構和成本縮減是主要優(yōu)勢

太空應用要求所使用的材料具有很高的強度,、剛度和耐腐蝕性,，因此Thales Alenia Space 為該增材制造部件選用了 AISi7Mg 合金。且在部件的驗證過程中,，該增材制造成品部件表現(xiàn)出了 <1 % 的低孔隙率,，并最終成功通過了 Thales Alenia Space公司的動態(tài)測試。Florence Montredon表示：“增材制造的效果很顯著：與傳統(tǒng)結構相比,，仿生的增材制造結構重量減輕了 22%,。更重要的是，生產(chǎn)效率極大提高的同時,，成本還下降了 30%�,！�

Concept Laser 的超大型機器和設備
Poly-Shape 擁有 28 臺具備不同構造空間大小的 3D 金屬打印設備,。目前，Poly-Shape 所有可使用鋁合金粉材進行 3D 打印的設備中,，構造空間尺寸最大的是 Concept Laser 的 X line 1000R,。該設備可提供 630 x 400 x 500 mm3 的構造空間，并在惰性氣體保護下,，進行安全生產(chǎn)和粉末篩分管理,，這些都是依據(jù)ATEX安全標準設計。此外,，X line 1000R 還擁有一個可交替使用兩種構造模塊的旋轉機構,，因此能夠保證連續(xù)生產(chǎn)、無停工時間。這種獨一無二的設備設計不僅提供了極高的時間可用性,，也讓機器的加裝和拆卸操作變得簡單和安全,。

其升級型號 X line 2000R 甚至擁有更大的構造空間 (800 x 400 x 500 mm3)，目前這在全球基于粉末床的激光熔融方面都是無與倫比的,。相比 X line 1000R,，其有效構造體積再次增大了約 27 %，從 126 l 增加至 160 l,。此外,，該升級型號使用了兩部功率各為 1,000 W的激光器。Concept Laser 的 LaserCUSING 加工工藝對該項目具有重大意義：Concept Laser 設備的特點在于對需要連續(xù)處理的切片分割（也稱為“島”）進行隨機控制,。這種專利方法可以確保在制造超大型部件時顯著降低應力,。

符合工藝要求的設計
過渡到增材制造意味著設計思維也需要轉變。為了完全發(fā)揮出激光熔融的潛力,，1:1 復制幾何形狀是毫無意義的,。為了對 3D 部件進行修整使其具備符合性能要求的幾何形狀、仿生和輕量化結構,，需要使用 CAE-CAD 輔助方法,。Florence Montredon介紹說：“很明顯，我們已經(jīng)證實增材制造將是更多項目的有力競爭者,。將來,，我們還希望直接在 3D 結構上或內(nèi)部置入熱控或無線電功能部件，即下一個任務是進行功能集成,。這也是根據(jù)增材制造的潛力得到的一個合乎邏輯的結果,。”
結論
Koreasat-5A 和Koreasat-7 項目展示了超大型高精增材制造部件在太空應用中的可行性,。采用模擬仿生設計,，增材制造完成的部件可將此前需要生產(chǎn)的 9 個零件削減為1個零件，一次性完成的工藝讓制造過程中不再有此前的組裝成本,；同時還得到了明顯更好的輕量化結構潛力,；使用增材制造解決方案可以減去 22 % 的重量，最終重量僅 1.13 kg,。在這種每一克重量都至關重要的應用中,，這是一個巨大的飛躍；3D 幾何形狀可以根據(jù)在太空軌道中的使用條件進行優(yōu)化修整,。該項目令人印象深刻的結果展示了增材制造在航天工業(yè)中的潛力,，相信未來航空航天領域中肯定還將會有更多此類項目的出現(xiàn)。
就Koreasat-5A 和 Koreasat-7 項目  

關于Poly-Shape
Poly-Shape SAS 是一家提供快速原型制造和小批量生產(chǎn)服務的制造商和服務供應商,。在其為客戶制定的解決方案中,，使用塑料和金屬進行增材制造扮演著重要的角色。作為一家全套服務供應商，其服務范圍包括從設計到成品以及加工和組裝的全部內(nèi)容,。
航空航天工業(yè)是 Poly-Shape 最引人關注的應用行業(yè),，其營業(yè)額占比約 40 %。

關于Concept Laser
Concept Laser 有限公司是一家來自利希滕費爾斯的獨立企業(yè),。公司自 2000 年成立以來,，一直都是激光熔融技術領域的創(chuàng)新推動者，憑借獲得專利的 LaserCUSING® 技術從事跨行業(yè)的經(jīng)營活動,。
該熔融方法是采用3D CAD 數(shù)據(jù)逐層生成部件的熔融技術,。在這過程中，粉末狀的金屬通過高能光纖激光器發(fā)生局部熔化,。冷卻后,，材料凝固。反射鏡偏轉裝置（掃描器）通過對激光束進行偏轉制造出部件輪廓,。通過降低構造空間底面,、重新涂敷粉末和再次熔化逐層（層厚 15 – 500 μm）構造出部件。該方法可在不使用模具的情況下制造出復雜幾何形狀的部件,，而這是常規(guī)制造方法很難或根本無法做到的,。

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