在“斤斤計較，克克黃金”的航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應用，讓衛星“瘦身”的同時(shí)，“內涵”更加豐富。12月3日，在南京舉行的第二屆增材制造研究前沿國際會(huì )議中，科技日報記者了解到，南京理工大學(xué)已在10多顆已經(jīng)發(fā)射的微納衛星中，應用了3D打印技術(shù)。
增材制造俗稱(chēng)3D打印，是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分。
“你們看這個(gè)微納衛星模型，就是用3D打印的，這么大的衛星一般用于空間科學(xué)實(shí)驗驗證?！蹦暇├砉ご髮W(xué)機械工程學(xué)院副院長(cháng)劉婷婷說(shuō)。她手握著(zhù)一顆10立方厘米衛星模型，在這個(gè)立方體模型中，各個(gè)不同功能的元器件像被鑲嵌在結構中。
“衛星中的結構材料是沒(méi)有功能的，類(lèi)似于電視機殼，它只是將各個(gè)元器件組裝起來(lái)。衛星的重量每增加一點(diǎn)，它的費用就會(huì )提高很多。如果結構材料能輕一些，一 來(lái)可以降低成本，為批量化生產(chǎn)衛星提供基礎，二來(lái)可以搭載更多的衛星載荷，進(jìn)行更多的空間試驗?！眲㈡面媒榻B，傳統的衛星制造模式，是衛星內部各個(gè)模塊分 離制造，再裝配集成。但她所在的團隊提出將微納衛星的導電線(xiàn)路內生成型于結構體內部，再嵌入一些功能載荷，這就將衛星的電路、元器件和功能材料融為一體， 可以進(jìn)行“結構—電路—器件”一體化3D打印制造。
“一體化3D打印技術(shù)的拓撲設計、晶格設計等輕量化設計技術(shù)，可以在衛星內部結構上重新布局，從而可以實(shí)現衛星輕量化?！眲㈡面酶嬖V記者，用3D打印出一體化研制的微納衛星，體積可減少30%以上，功能密度提升30%以上。
劉婷婷表示，未來(lái)的衛星，我們會(huì )用多機器人來(lái)打印，一個(gè)機器人打印電路，一個(gè)機器人打印結構，一個(gè)機器人嵌入器件，最終一體化制造出來(lái)。原來(lái)的衛星結構占比大約15%—20%，甚至25%，未來(lái)有望降到10%以下，甚至更低。
讓衛星“瘦身”有多難？劉婷婷透露，首先要給衛星的復雜結構減重，“但減重的同時(shí)，衛星還要能達到一定的抗沖擊能力，因為火箭在發(fā)射過(guò)程中會(huì )有很大震動(dòng)，對衛星器件和結構的沖擊力是很強的，衛星要能承載巨大的沖擊力，這對設計要求很高?！?/p>
嚴峻的空間環(huán)境，也對衛星性能的穩定性提出挑戰?！疤窄h(huán)境非常復雜，高溫時(shí)可達零上100攝氏度，低溫時(shí)低到零下100攝氏度。在這樣的環(huán)境中，衛星的結構器件要能承受極端溫度和空間輻射，這對3D打印材料的性能也提出很高要求?！眲㈡面谜f(shuō)。