科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳

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當(dāng)3D打印與衛(wèi)星制造“聯(lián)姻”，將帶來(lái)一場(chǎng)什么樣的變革？12月3日，在南京舉行的第二屆增材制造研究前沿國(guó)際會(huì)議中，這一話題備受關(guān)注。記者從會(huì)上獲悉，南京理工大學(xué)已運(yùn)用3D打印技術(shù)研制出10多顆微納衛(wèi)星，并成功發(fā)射。

增材制造俗稱3D打印，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，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。?

南京理工大學(xué)微納衛(wèi)星設(shè)計(jì)與整體制造中心制作的3D打印小衛(wèi)星模型，南理工供圖?

“你們看這個(gè)微納衛(wèi)星模型，就是用3D打印的，這么大的衛(wèi)星一般用于空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。”接受記者采訪時(shí)，南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副院長(zhǎng)劉婷婷手握的一顆10立方厘米的衛(wèi)星模型，成為關(guān)注焦點(diǎn)。記者看到，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結(jié)構(gòu)中，非常特殊。

“這些結(jié)構(gòu)材料是沒(méi)有功能的，類似于電視機(jī)殼，它只是將各個(gè)元器件組裝起來(lái)。衛(wèi)星的重量每增加一點(diǎn)，它的費(fèi)用就會(huì)提高很多。如果結(jié)構(gòu)材料能輕一些，一來(lái)可以降低成本，為批量化生產(chǎn)衛(wèi)星提供基礎(chǔ)，二來(lái)可以搭載更多的衛(wèi)星載荷，進(jìn)行更多的空間試驗(yàn)。”劉婷婷介紹，傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造模式，是衛(wèi)星內(nèi)部各個(gè)模塊分離制造，再裝配集成。但她所在的團(tuán)隊(duì)提出將微納衛(wèi)星的導(dǎo)電線路內(nèi)生共成形于結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，再嵌入一些功能載荷，這就將衛(wèi)星的電路、元器件和功能材料融合一體，可以進(jìn)行“結(jié)構(gòu)-電路-器件”一體化3D打印制造。

“一體化3D打印技術(shù)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)、晶格設(shè)計(jì)等輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)，可以在衛(wèi)星內(nèi)部結(jié)構(gòu)上重新布局，從而可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星輕量化。”劉婷婷說(shuō)，用3D打印出一體化研制的微納衛(wèi)星，體積可減少30%以上，功能密度提升30%以上，這在“斤斤計(jì)較，克克黃金”的航天領(lǐng)域尤為重要。?

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南理工研制的國(guó)際首臺(tái)多機(jī)器人協(xié)同整體增材制造裝備，南理工供圖?

“未來(lái)的衛(wèi)星，我們會(huì)用多機(jī)器人來(lái)打印，一個(gè)機(jī)器人打印電路，一個(gè)機(jī)器人打印結(jié)構(gòu)，一個(gè)機(jī)器人嵌入器件，最終一體化制造出來(lái)。原來(lái)的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)占比大約15%到20%，甚至25%，未來(lái)我們希望可以降到10%以下，甚至更低。”劉婷婷表示。

讓衛(wèi)星“減肥”有多難？劉婷婷透露，首先要給衛(wèi)星的復(fù)雜結(jié)構(gòu)減重，“但減重的同時(shí)，衛(wèi)星還要能達(dá)到一定的抗沖擊能力，因?yàn)榛鸺诎l(fā)射過(guò)程中會(huì)有很大震動(dòng)，對(duì)衛(wèi)星器件和結(jié)構(gòu)的沖擊力是很強(qiáng)的，衛(wèi)星要能承載巨大的沖擊力，這對(duì)設(shè)計(jì)要求很高。”

嚴(yán)峻的空間環(huán)境，也對(duì)衛(wèi)星性能的穩(wěn)定性提出挑戰(zhàn)。“太空環(huán)境非常復(fù)雜，高溫時(shí)可達(dá)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(wèi)星的結(jié)構(gòu)件要能承受極端溫度和空間輻射，這對(duì)3D打印材料的性能也提出很高要求。”劉婷婷說(shuō)。

第二屆增材制造研究前沿國(guó)際會(huì)議，南理工供圖

會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、新西蘭等國(guó)的12位增材制造領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)者還從3D打印技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用、3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和面臨的問(wèn)題、極端輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與3D打印的新思想和實(shí)現(xiàn)途徑等領(lǐng)域開展學(xué)術(shù)對(duì)話、分享交流。

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