3D打印开源卫星为航空航天创造更光明的未来

俄勒冈州的第一颗卫星使用了3D打印材料，这颗卫星已在低地球轨道上成功运行了一年之久。3D打印在未来的航空航天领域发挥着重要作用，正是这项关键技术使波特兰州立大学的跨学科学生团队能够快速开发出开源、廉价且可靠的“CubeSat”纳米卫星系统。



OreSat0自2021年3月起进入轨道，其设计初衷是为了利用 CRP Windform LX3.0，这是为数不多的可用于太空的选择性激光烧结 (SLS) 增材制造材料之一。这颗卫星由波特兰州立航空航天协会 (PSAS) 设计、开发和运营，这是一个跨学科的学生团体，其目标不仅是建造一颗卫星，而是创建一个完全可重复使用、模块化并且可定制的开源CubeSat开发系统。

带有定制3D打印组件的模块化硬件和 PCB
学生团队使用较便宜的组件和材料开发了他们的纳米卫星系统，包括标准的两层和四层 PCB 以及易于加工的铝框架。他们遇到的挑战是，如何让找到一种可靠的3D打印服务，能够提供不会在近地轨道真空 (~ 10 mPa) 中脱气的3D打印部件，这些部件需要通过验证，可以承受极端温度范围（-40℃-100 °C)，而且它是不导电的，因此可用于电子和射频系统。


△OreSat0 的顶部具有由 Windform LX 3.0 打印的天线系统。

研究团队需要将三频天线系统封装在仅 5 x 5 x 2 厘米的体积中。不能使用金属，因为它会使天线失谐，但大多数 3D 打印材料无法胜任在太空飞行的任务。在研究了所有可用材料后，团队发现了 Windform LX3.0。波特兰州立大学机械工程专业的学生 Cass Bloom 表示：“我们非常高兴找到 CRP 的 Windform LX。正是这项技术让我们能够在如此狭小的空间内封装如此多的功能，高封装密度会带来很多优势。”


△波特兰州立大学卫星团队：一个由电气工程师、机械工程师、计算机科学、数学专业和商科学生组成的跨学科团队。

小型化和定制化
Windform LX 3.0 系统可以最大限度地提高电子和射频系统的封装密度。SLS 技术使制造商能够灵活地利用几乎每一立方毫米，并集成无法用任何其他材料制造的复杂系统。


△OreSat 星跟踪器相机：一个极其紧凑的星跟踪器系统，使用一个非常紧凑的 10 毫米高镜头和相机传感器外壳，由 CRP 的 Windform LX3.0 3D 打印而成。

相对于传统制造技术的优势：
与传统制造技术和更常见的 3D 打印材料相比，Windform LX 3.0 具有许多优势，包括：

●能够制造能够承受振动和机械冲击的耐用部件。例如，常见的空间环境测试要求是通过所有三个轴的 13 g 随机振动测试。
●能够承受从 -40℃ 到 +100 ℃  的极端热循环。
●极低的除气要求，包括 NASA 和 ESA 的除气要求，例如 ASTM E595。
●非导电特性，适合在 PCB、电池和天线等电子元件附近安全使用。

在使用传统 FDM 机器制作原型并迭代设计后，OreSat 团队求助于CRP USA，这是一家专门从事航空航天应用，并且3D打印经验十分丰富的美国公司。CRP USA 使用Windform LX3.0打印了他们最终的飞行部件。这种快速、迭代的设计过程使团队能够利用 3D 打印的快速设计和原型制作功能，同时适用于地球和太空。