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軍工航天新聞

3D打印與航天

星之球科技 來源:新華網(wǎng)2021-12-17 我要評論(0 )   

在更廣闊的未來,也許我們可以帶著3D打印機去其他星球,甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D打印,打印出適合人類居住的“大本營”。  今年,一家名為火箭實驗室(Roc...

       在更廣闊的未來,也許我們可以帶著3D打印機去其他星球,甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D打印,打印出適合人類居住的“大本營”。


  今年,一家名為火箭實驗室(Rocket Lab)的美國公司已累計把超過100顆衛(wèi)星送入預定軌道。這家火箭公司的特別之處在于,其大部分火箭發(fā)動機是使用3D打印技術(shù)打印的。


  當前,越來越多的航天公司正在使用3D打印技術(shù)研制航天產(chǎn)品。3D打印技術(shù)其實是“增材制造”的通俗說法。傳統(tǒng)的減法制造是從一塊材料中雕刻成品,而增材制造,是通過軟件與數(shù)控系統(tǒng),將材料逐層堆積固化的制造技術(shù)。通常,用3D打印技術(shù)加工金屬類的產(chǎn)品,其原材料是金屬粉末;用3D打印技術(shù)加工非金屬的產(chǎn)品,原材料是絲材,打印過程類似“結(jié)繭”的過程。


  航天領域應用3D打印技術(shù)有什么好處呢?現(xiàn)在,在航天制造包括衛(wèi)星和火箭等產(chǎn)品的研制方面,傳統(tǒng)制造模式面臨部件設計結(jié)構(gòu)復雜、工藝流程長、材料成本高等問題,3D打印技術(shù)則可以滿足部分航天產(chǎn)品“更輕、更快、更便宜”的設計與制造需求,是航天領域未來結(jié)構(gòu)設計與制造技術(shù)變革方向之一。


  那么,更輕、更快、更便宜是如何做到的呢?


  首先,在復雜結(jié)構(gòu)的航天元器件的研制中,3D打印技術(shù)可以根據(jù)軟件的數(shù)據(jù)模型直接成型,無需借助機械加工或者模具就可以完成零件的研制,同時可以很好地實現(xiàn)傳統(tǒng)機械加工無法實現(xiàn)的異形結(jié)構(gòu),極大地縮短研發(fā)和研制周期。


  其次,相比于傳統(tǒng)工藝,3D打印在加工過程中能對粉末以及絲材進行充分利用,減少切割等造成的浪費,提高材料的利用率,降低制造成本。2016年,美國航天局通過3D打印生產(chǎn)的火箭零部件渦輪泵,與傳統(tǒng)的焊接和裝配技術(shù)相比,其原材料消耗減少了45%,制造該零件的整體成本僅為過去的35%。


  最后,3D打印技術(shù)可以為航天器“減重”。在保證產(chǎn)品性能的前提下,通過軟件算法,可以對零件內(nèi)部材料分布進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如,傳統(tǒng)衛(wèi)星天線工藝生產(chǎn)出的零件是100%實心結(jié)構(gòu),而應用3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)出輕量化部件。


  近年來,中國商業(yè)航天公司也在應用3D打印技術(shù)“降本增效”方面做了積極探索。比如,通過3D打印技術(shù)進行高頻微距波導、高性能天線等的加工,將部分載荷互聯(lián)的空間壓縮到傳統(tǒng)占用空間的1/3,同時電性能還得到一定程度的提升,使得部分單機及系統(tǒng)的性能更上一層樓。


  除了上述在地面上打印航天器部件以外,未來,在軌打印、太空打印的想象空間更大。


  2020年,中國新一代載人飛船試驗船上搭載了一臺3D打印機,首次實現(xiàn)了中國太空3D打印實驗??梢韵胂?,未來,假如人們在太空中長期生活,無疑需要大量生活用品,如果所有物品都要從地球發(fā)射到太空,那么就需要一個體積無比巨大的火箭,發(fā)射成本極高。而3D打印技術(shù)可以通過“當場制造”解決這個問題。在理想情況下,只需攜帶一臺先進的3D打印機和足夠的原材料,到了太空以后,需要什么打印什么就可以了。


  腦洞再開大一點,在更廣闊的未來,也許人們可以帶著3D打印機去其他星球,甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D打印,打印出適合人類居住的“大本營”。


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