3D打印技术让卫星更有“内涵”

发布时间:2022-12-05 08:20:16

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  ◎本报记者 金 凤

  在“斤斤计较,克克黄金”的航天领域,3D打印技术的应用,让卫星“瘦身”的同时,“内涵”更加丰富。12月3日,在南京举行的第二届增材制造研究前沿国际会议中,科技日报记者了解到,南京理工大学已在10多颗已经发射的微纳卫星中,应用了3D打印技术。

  增材制造俗称3D打印,是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,是先进制造业的重要组成部分。

  “你们看这个微纳卫星模型,就是用3D打印的,这么大的卫星一般用于空间科学实验验证。”南京理工大学机械工程学院副院长刘婷婷说。她手握着一颗10立方厘米卫星模型,在这个立方体模型中,各个不同功能的元器件像被镶嵌在结构中。

  “卫星中的结构材料是没有功能的,类似于电视机壳,它只是将各个元器件组装起来。卫星的重量每增加一点,它的费用就会提高很多。如果结构材料能轻一些,一来可以降低成本,为批量化生产卫星提供基础,二来可以搭载更多的卫星载荷,进行更多的空间试验。”刘婷婷介绍,传统的卫星制造模式,是卫星内部各个模块分离制造,再装配集成。但她所在的团队提出将微纳卫星的导电线路内生成型于结构体内部,再嵌入一些功能载荷,这就将卫星的电路、元器件和功能材料融为一体,可以进行“结构—电路—器件”一体化3D打印制造。

  “一体化3D打印技术的拓扑设计、晶格设计等轻量化设计技术,可以在卫星内部结构上重新布局,从而可以实现卫星轻量化。”刘婷婷告诉记者,用3D打印出一体化研制的微纳卫星,体积可减少30%以上,功能密度提升30%以上。

  刘婷婷表示,未来的卫星,我们会用多机器人来打印,一个机器人打印电路,一个机器人打印结构,一个机器人嵌入器件,最终一体化制造出来。原来的卫星结构占比大约15%—20%,甚至25%,未来有望降到10%以下,甚至更低。

  让卫星“瘦身”有多难?刘婷婷透露,首先要给卫星的复杂结构减重,“但减重的同时,卫星还要能达到一定的抗冲击能力,因为火箭在发射过程中会有很大震动,对卫星器件和结构的冲击力是很强的,卫星要能承载巨大的冲击力,这对设计要求很高。”

  严峻的空间环境,也对卫星性能的稳定性提出挑战。“太空环境非常复杂,高温时可达零上100摄氏度,低温时低到零下100摄氏度。在这样的环境中,卫星的结构器件要能承受极端温度和空间辐射,这对3D打印材料的性能也提出很高要求。”刘婷婷说。(来源:科技日报) 【编辑:叶攀】

  

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