3D打印技術讓衛星更有「內涵」

　　在「斤斤計較，克克黃金」的航天領域，3D打印技術的應用，讓衛星「瘦身」的同時，「內涵」更加豐富。12月3日，在南京舉行的第二屆增材製造研究前沿國際會議中，科技日報記者瞭解到，南京理工大學已在10多顆已經發射的微納衛星中，應用了3D打印技術。
　　增材製造俗稱3D打印，是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積製造出實體物品的新興製造技術，是先進製造業的重要組成部分。
　　「你們看這個微納衛星模型，就是用3D打印的，這麼大的衛星一般用於空間科學實驗驗證。」南京理工大學機械工程學院副院長劉婷婷說。她手握著一顆10立方厘米衛星模型，在這個立方體模型中，各個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有功能的，類似於電視機殼，它只是將各個元器件組裝起來。衛星的重量每增加一點，它的費用就會提高很多。如果結構材料能輕一些，一來可以降低成本，為批量化生產衛星提供基礎，二來可以搭載更多的衛星載荷，進行更多的空間試驗。」劉婷婷介紹，傳統的衛星製造模式，是衛星內部各個模塊分離製造，再裝配集成。但她所在的團隊提出將微納衛星的導電線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，可以進行「結構—電路—器件」一體化3D打印製造。
　　「一體化3D打印技術的拓撲設計、晶格設計等輕量化設計技術，可以在衛星內部結構上重新布局，從而可以實現衛星輕量化。」劉婷婷告訴記者，用3D打印出一體化研製的微納衛星，體積可減少30%以上，功能密度提昇30%以上。
　　劉婷婷表示，未來的衛星，我們會用多機器人來列印，一個機器人列印電路，一個機器人列印結構，一個機器人嵌入器件，最終一體化製造出來。原來的衛星結構占比大約15%—20%，甚至25%，未來有望降到10%以下，甚至更低。
　　讓衛星「瘦身」有多難？劉婷婷透露，首先要給衛星的複雜結構減重，「但減重的同時，衛星還要能達到一定的抗衝擊能力，因為火箭在發射過程中會有很大震動，對衛星器件和結構的衝擊力是很強的，衛星要能承載巨大的衝擊力，這對設計要求很高。」
　　嚴峻的空間環境，也對衛星性能的穩定性提出挑戰。「太空環境非常複雜，高溫時可達零上100攝氏度，低溫時低到零下100攝氏度。在這樣的環境中，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。」劉婷婷說。