一體化微納衛(wèi)星

3D打印比例逐漸提高

無所不能的3D打印，已經(jīng)進入了太空領(lǐng)域，就連衛(wèi)星都可以通過3D打印技術(shù)“打印”出來。南京理工大學自主研發(fā)的國際首臺多機械協(xié)同整體增材制造裝備，顛覆了過去微納衛(wèi)星“分離制造、裝配集成”的制造模式，可3D打印出一體化制造的微納衛(wèi)星，使其體積減少30%以上，功能密度提升30%以上?！霸瓉淼男l(wèi)星結(jié)構(gòu)占比大約15%到20%、25%，未來我們希望可以降到10%以下，甚至更低。”目前，南理工微納衛(wèi)星與整體制造實驗室已經(jīng)發(fā)射了多顆3D打印的微納衛(wèi)星。

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體物品的新興制造技術(shù)，是先進制造業(yè)的重要組成部分?！靶l(wèi)星中的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǔ)，二來可以搭載更多的衛(wèi)星載荷，進行更多的空間試驗。”

（文章內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)）

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(dǎo)電線路內(nèi)生成型于結(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為一體，可以進行“結(jié)構(gòu)—電路—器件”一體化3D打印制造。未來的衛(wèi)星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(jié)構(gòu)，一個機器人嵌入器件，一體化制造出來。原來的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)占比大約15%—20%，甚至25%，未來有望降到10%以下，甚至更低。

低成本等離子傳感器

3D打印就可以做出來

曾經(jīng)在太空中做任何事情都是昂貴的，但是麻省理工學院的一組科學家已經(jīng)找到了一種方法來降低一些成本--也許有助于加速氣候變化研究。該團隊已經(jīng)開發(fā)出麻省理工學院所說的第一個用于衛(wèi)星的3D打印等離子體傳感器。這些傳感器可以檢測高層大氣中等離子體的化學成分和離子能量的分布。

究人員使用一種名為Vitrolite的可打印的玻璃陶瓷材料來制造傳感器，也被稱為遲鈍電位分析器（RPAs）。據(jù)說它比其他通常用于傳感器的材料更耐用，如薄膜涂層和硅。使用3D打印方法，該團隊創(chuàng)造了具有復(fù)雜形狀的傳感器，麻省理工學院說它可以 "承受航天器在低地球軌道上遇到的廣泛的溫度波動"。

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這意味著這些傳感器可能很適合低成本的立方體衛(wèi)星。當它們被用在軌道衛(wèi)星上時，RPAs可以進行化學分析和測量能量，這可以幫助天氣預(yù)測和監(jiān)測氣候變化?？茖W家們聲稱，這些傳感器的性能與使用半導(dǎo)體并在無塵室中制造的類似設(shè)備一樣好。在無塵室中組裝RPA是一個昂貴的過程，可能需要幾個星期。用3D打印機和激光切割制造它們只需要幾天時間，成本 "幾十美元"。

麻省理工學院微系統(tǒng)技術(shù)實驗室的首席科學家、關(guān)于傳感器的一篇論文的高級作者路易斯-費爾南多-貝拉斯克斯-加西亞已經(jīng)看到了改進的空間。他希望減少玻璃陶瓷缸聚合的層的厚度或像素大小，希望能創(chuàng)造出更復(fù)雜和精確的設(shè)備。還有人認為，"完全增材制造的傳感器將使它們與太空中的制造兼容"。

3D打印火箭

給航天航空帶來了哪些改變

 現(xiàn)在看來，3D打印對航空航天工業(yè)的影響怎么估計都不為過。沒有任何其他技術(shù)能夠讓如此多的公司進入這個行業(yè)，并在如此短的時間內(nèi)以如此低的成本交付車輛、發(fā)動機和火箭等產(chǎn)品?，F(xiàn)在，隨著越來越多的商用3D打印機被證明能夠生產(chǎn)出符合太空價值的組件，新興火箭制造商的數(shù)量即將激增。

英國的航空航天公司希望其3D打印火箭能在今年年底前在蘇格蘭升空，而該公司使用了德國制造商新的金屬3D打印機；在美國，火箭發(fā)動機制造商正在接收新的推進引擎訂單，該引擎旨在取代目前無法獲得的、由俄羅斯制造的發(fā)動機，且也是用現(xiàn)有的金屬3D打印機制造的。

與美國宇航局的航天飛機項目相比，增材制造技術(shù)可將發(fā)射成本降低95%，這為更多的軌道服務(wù)打開了大門，并推動了火箭制造商之間的激烈競爭，另一位曾在SpaceX任職的資深人士表示，按照傳統(tǒng)的航空航天制造方法，制造和測試模具就需要9至12個月的準備時間，以及巨額費用。“增材制造使我們可以在試驗臺上放置一種新的設(shè)計，并快速對其做出修改和打印，然后幾周內(nèi)就推出產(chǎn)品?！弊許paceX在2013年推出其3D打印的SuperDraco火箭引擎以來，3D打印在太空行業(yè)中已經(jīng)歷了一段不短的歷史。

 完成高溫測試

新型鋁材3D打印發(fā)動機

上個月，美國國家航空航天局成功測試了由鋁制成的 3D 打印火箭發(fā)動機噴嘴，這是旨在降低發(fā)動機制造成本和重量的項目的一部分?？偛课挥诎⒗婉R州亨茨維爾的 NASA 馬歇爾太空飛行中心的工程師與3D公司合作，開發(fā)了一種可焊接的鋁，其耐熱性足以用于火箭發(fā)動機。與其他金屬相比，鋁的密度較低，可用于制造高強度、輕質(zhì)的部件。發(fā)動機噴嘴是火箭重要的部件之一，它與燃燒室一起必須承受發(fā)動機燃燒和燃燒副產(chǎn)品產(chǎn)生的極熱。這家3D打印公司首先開發(fā)了一種名為A6061-RAM2的新型鋁，用于構(gòu)建噴嘴并修改激光粉末定向能量沉積（LP-DED）技術(shù)所使用的粉末。

輕量化的未來

3D打印鋁材料

鋁和鋁合金被認為是增材制造發(fā)展到大批量生產(chǎn)應(yīng)用的下一階段有潛力的材料之一。這主要是由于與鈦合金等輕量化金屬相比，鋁具有出色的機械性能和低廉的價格。然而，增材制造鋁基零件的工業(yè)化應(yīng)用仍有很長的一段路要走，這是因為鋁材3D打印面臨的幾個固有挑戰(zhàn)仍未得到有效解決。

鋁3D打印的一個早期挑戰(zhàn)是，幾乎所有用于增材制造的鋁合金都是為鑄造應(yīng)用而開發(fā)的。事實上，迄今為止增材制造中常用的鋁合金是AlSi10Mg：一種時效強化鋁合金，具有良好的硬度，強度和動態(tài)韌性，傳統(tǒng)上用作鑄造合金。由AlSi10Mg制成的粉末通常用于增材制造，并且組件具有高耐腐蝕性，低密度和高機械強度。

（文章內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)）

隨著金屬開發(fā)商和制造商引入更多增材制造專用鋁和鋁合金材料，金屬3D打印行業(yè)將持續(xù)取得增長。今天，盡管鋁增材制造的應(yīng)用潛力在很大程度上仍未開發(fā)，但它在某些領(lǐng)域正在取得進展。Scalmalloy是專門為航空航天應(yīng)用開發(fā)的，并具有滿足苛刻應(yīng)用環(huán)境的特性。鋁鎂鈧粉末合金具有較高的強度重量比，良好的延展性和耐腐蝕性。與拓撲優(yōu)化結(jié)合使用，該材料可以提供輕量化、高性能的飛機部件。還值得一提的是，早在 2016 年，APWORKS 就使用這種鋁合金打造了一款3D打印摩托車Light Rider。

澳大利亞增材制造公司展示了如何使用增材制造和鋁合金生產(chǎn)更高效的熱交換器。該公司展示了使用打印機和AlSi3Mg材料制造的10D打印熱交換器?，F(xiàn)在獲得專利的熱交換器在一系列行業(yè)中具有各種應(yīng)用，包括航空航天，汽車，石油和天然氣，化學加工和微處理器冷卻。而說到大幅面鋁打印零件，迄今為止由MELD制造公司生產(chǎn)的。這家美國公司使用其獨特的摩擦固結(jié)3D打印工藝，通過使用現(xiàn)成的鋁條打印一個十英尺（3.05米）直徑的鋁筒來展示其露天能力的可擴展性。

金屬粉末3D打印

關(guān)鍵的還是安全

從實際制造角度來說，金屬3D打印的每個階段都會產(chǎn)生不同的污染源（或物質(zhì)）進而會造成特定的危害。金屬3D打印用的金屬粉末，粒徑分布通常為幾十微米，可被吸入肺或肺泡。對于低密度的鈦、鋁及其合金都是反應(yīng)性金屬，風險尤其大，必須受到粉塵濃度的特定限制；其他金屬粉末，如鋼或其他含鎳合金，則被危險物質(zhì)指令分類為致癌、致突變和生殖毒性材料。對粉末顆粒的長期接觸和吸入會給操作人員身體健康帶來一定隱患。

不僅如此，在組件的打印過程中危險同樣存在，熔化過程產(chǎn)生的廢氣除一部分會被帶入過濾系統(tǒng)，仍可能有一部分被排出到打印系統(tǒng)的外置空間，從而造成室內(nèi)環(huán)境的污染。隨同廢氣的排出，一部分惰性氣體如氮氣尤其是氬氣，也是風險的來源。設(shè)備的維護過程，如過濾系統(tǒng)的清潔，其中的粉塵、灰燼比金屬顆粒更加細小，若處理不當，很可能會因為成分的穩(wěn)定性問題發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。

基于對SLM工藝過程的整體評估，德國Bayreuth大學開發(fā)并評估了粉末防護的特定方案，其重點在于安全防護反應(yīng)性材料Ti6AlV4。為減少危害而采取的保護措施由STOP原則確定優(yōu)先級順序，實施策略要基于流程、地點以及員工保護等關(guān)鍵因素。

金屬粉末的處理必須格外小心，并且在可能的情況下，應(yīng)在保護性氣氛中進行。目前，全封閉的工藝流程正在被設(shè)備制造商所重視，以SLM Solutions為代表的金屬打印機品牌商從粉末的灌裝、清理甚至中途加裝等所有流程均實現(xiàn)了全封閉操作，這種空間分割或封裝程度的減少了粉塵的暴露和危害。在這種情況下，3D打印手套箱就成為了一種優(yōu)先的設(shè)備選擇。

（大型金屬3D打印手套箱）

3D打印安全保護

3D打印技術(shù)作為一項前沿性、先導(dǎo)性非常強的新興技術(shù)，對傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝改造和新材料的廣泛應(yīng)用具有顛覆性的意義和作用。我們制造的3D打印手套箱（增材制造保護手套箱）針對航空航天特殊零部件的加工所需要的環(huán)境而設(shè)計的：3D打印設(shè)備一般采用送粉成型或鋪粉成型兩種，每種成型設(shè)備其需要的手套箱設(shè)計要求不同，為此需要啊根據(jù)不同需求來設(shè)計手套箱提供可靠的解決方案。

金屬3D打印惰性氣體保護系統(tǒng)是一套高性能、高品質(zhì)的自動吸收水、氧分子的超級凈化防護手套箱，提供一個純化工作環(huán)境需求的密閉循環(huán)工作系統(tǒng)，可以滿足特定清潔要求應(yīng)用的1ppm的O2和H2O惰性的氛圍環(huán)境。實現(xiàn)了將選擇性激光溶化裝置本體放置在一密封箱體內(nèi)，該密閉箱體與多級粉塵手機裝置和風循環(huán)裝置形成閉環(huán)，氬氣在該閉環(huán)內(nèi)循環(huán)，系統(tǒng)中的氣氛水含量達到小于1PPM指標，氧含量達到小于1PPM指標，實現(xiàn)超高純工作氣氛的環(huán)境，加工的產(chǎn)品可直接應(yīng)用，減少再處理環(huán)節(jié)，是一套滿足科研開發(fā)而設(shè)計的經(jīng)濟型循環(huán)凈化系統(tǒng)。

（大型金屬3D打印手套箱）

技術(shù)優(yōu)勢

●解決3D打印手套箱大體積密封的可靠性。

●解決3D打印手套箱信號線及動力線高度集成進箱密封防干擾問題。

●解決3D打印手套箱工作時煙塵凈化問題及過濾器更換周期及壽命問題。

●人性化專業(yè)化設(shè)計，箱體外形美觀，箱體上大型門的密封性極好，開啟方便簡單。

●解3D打印手套箱送粉器送粉進氣或鋪粉設(shè)備鏡頭吹氣與手套箱箱體壓力控制。

更多金屬3D打印安全保護技術(shù)

關(guān)注伊特克斯手套箱