當3D打印與衛(wèi)星制造“聯(lián)姻”，將帶來一場什么樣的變革?12月3日，在南京舉行的第二屆增材制造研究前沿國際會議中，這一話題備受關注。記者從會上獲悉，南京理工大學已運用3D打印技術研制出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，將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術，是先進制造業(yè)的重要組成部分。?

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

(資料圖)

“你們看這個微納衛(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實驗驗證。”接受記者采訪時，南京理工大學機械工程學院副院長劉婷婷手握的一顆10立方厘米的衛(wèi)星模型，成為關注焦點。記者看到，在這個立方體模型中，各個不同功能的元器件像被鑲嵌結構中，非常特殊。

“這些結構材料是沒有功能的，類似于電視機殼，它只是將各個元器件組裝起來。衛(wèi)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(chǎn)衛(wèi)星提供基礎，二來可以搭載更多的衛(wèi)星載荷，進行更多的空間試驗。”劉婷婷介紹，傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造模式，是衛(wèi)星內(nèi)部各個模塊分離制造，再裝配集成。但她所在的團隊提出將微納衛(wèi)星的導電線路內(nèi)生共成形于結構體內(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，可以進行“結構-電路-器件”一體化3D打印制造。

“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(wèi)星內(nèi)部結構上重新布局，從而可以實現(xiàn)衛(wèi)星輕量化。”劉婷婷說，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“斤斤計較，克克黃金”的航天領域尤為重要。?

南理工研制的國際首臺多機器人協(xié)同整體增材制造裝備，南理工供圖?

“未來的衛(wèi)星，我們會用多機器人來打印，一個機器人打印電路，一個機器人打印結構，一個機器人嵌入器件，最終一體化制造出來。原來的衛(wèi)星結構占比大約15%到20%，甚至25%，未來我們希望可以降到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)星的復雜結構減重，“但減重的同時，衛(wèi)星還要能達到一定的抗沖擊能力，因為火箭在發(fā)射過程中會有很大震動，對衛(wèi)星器件和結構的沖擊力是很強的，衛(wèi)星要能承載巨大的沖擊力，這對設計要求很高。”

嚴峻的空間環(huán)境，也對衛(wèi)星性能的穩(wěn)定性提出挑戰(zhàn)。“太空環(huán)境非常復雜，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(huán)境中，衛(wèi)星的結構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。

會議現(xiàn)場，來自中國、美國、德國、英國、新西蘭等國的12位增材制造領域的國內(nèi)外頂級學者還從3D打印技術在我國航天領域的創(chuàng)新應用、3D打印技術發(fā)展趨勢和面臨的問題、極端輕量化結構設計與3D打印的新思想和實現(xiàn)途徑等領域開展學術對話、分享交流。

關鍵詞： 南京理工大學 結構材料 可以進行 立方厘米