欧洲最大的卫星用专业 3D 金属打印部件

一直以来，增材制造技术都霸占着金属加工领域头条新闻的位置。这种被誉为将带来“第三次工业革命”的 3D 金属打印技术标志着制造实体零件的制造方法发生了巨大的改变，也揭示了金属零件制造模式已经发生了根本性的转变。在这种转变之中，或在融合了传统切削加工和增材制造的混合制造工艺中，增材制造技术已经变得越来越重要。

来自Thales Alenia Space的最新消息，航空和航天工业领域内，欧洲最先进、最全面的宇航公司泰雷兹阿莱尼亚宇航公司和法国3D 打印服务公司 Poly-Shape SAS达成合作伙伴关系，为韩国的新通信卫星 Koreasat-5A 和 Koreasat-7 提供增材制造部件，从而也再次证实了3D金属打印技术是数字化制造方式的创新推动者和先驱者地位。

据介绍，Koreasat-5A 和 Koreasat-7 的天线支架将成为迄今为止，欧洲采用基于粉末床的金属激光熔融技术制造并送入太空轨道的最大体积零件。其尺寸为 447 x 204.5 x 391 mm3 ，重量却只有 1.13 kg，可以称得上是真正的轻量化部件。但对于Thales Alenia Space来说，真正的挑战还是来自于部件的尺寸。该部件属于超大型的工程部件，由法国Poly-Shape SAS 采用增材制造而成，将安装在Koreasat-5A 和 Koreasat-7中，作为天线的基座支架，用于与地面基地进行通信。Poly-Shape SAS 公司作为3D打印的专家，在航空和航天工业的原型制作、3D 金属打印和组装方面都是享有盛誉的合作伙伴。

轻量化结构和成本缩减是主要优势

太空应用要求所使用的材料具有很高的强度、刚度和耐腐蚀性，因此Thales Alenia Space 为该增材制造部件选用了 AISi7Mg 合金。且在部件的验证过程中，该增材制造成品部件表现出了 <1 % 的低孔隙率，并最终成功通过了 Thales Alenia Space公司的动态测试。Florence Montredon表示：“增材制造的效果很显著：与传统结构相比，仿生的增材制造结构重量减轻了 22%。更重要的是，生产效率极大提高的同时，成本还下降了 30%。”

Concept Laser 的超大型机器和设备
Poly-Shape 拥有 28 台具备不同构造空间大小的 3D 金属打印设备。目前，Poly-Shape 所有可使用铝合金粉材进行 3D 打印的设备中，构造空间尺寸最大的是 Concept Laser 的 X line 1000R。该设备可提供 630 x 400 x 500 mm3 的构造空间，并在惰性气体保护下，进行安全生产和粉末筛分管理，这些都是依据ATEX安全标准设计。此外，X line 1000R 还拥有一个可交替使用两种构造模块的旋转机构，因此能够保证连续生产、无停工时间。这种独一无二的设备设计不仅提供了极高的时间可用性，也让机器的加装和拆卸操作变得简单和安全。

其升级型号 X line 2000R 甚至拥有更大的构造空间 (800 x 400 x 500 mm3)，目前这在全球基于粉末床的激光熔融方面都是无与伦比的。相比 X line 1000R，其有效构造体积再次增大了约 27 %，从 126 l 增加至 160 l。此外，该升级型号使用了两部功率各为 1,000 W的激光器。Concept Laser 的 LaserCUSING 加工工艺对该项目具有重大意义：Concept Laser 设备的特点在于对需要连续处理的切片分割（也称为“岛”）进行随机控制。这种专利方法可以确保在制造超大型部件时显著降低应力。

符合工艺要求的设计
过渡到增材制造意味着设计思维也需要转变。为了完全发挥出激光熔融的潜力，1:1 复制几何形状是毫无意义的。为了对 3D 部件进行修整使其具备符合性能要求的几何形状、仿生和轻量化结构，需要使用 CAE-CAD 辅助方法。Florence Montredon介绍说：“很明显，我们已经证实增材制造将是更多项目的有力竞争者。将来，我们还希望直接在 3D 结构上或内部置入热控或无线电功能部件，即下一个任务是进行功能集成。这也是根据增材制造的潜力得到的一个合乎逻辑的结果。”
结论
Koreasat-5A 和Koreasat-7 项目展示了超大型高精增材制造部件在太空应用中的可行性。采用模拟仿生设计，增材制造完成的部件可将此前需要生产的 9 个零件削减为1个零件，一次性完成的工艺让制造过程中不再有此前的组装成本；同时还得到了明显更好的轻量化结构潜力；使用增材制造解决方案可以减去 22 % 的重量，最终重量仅 1.13 kg。在这种每一克重量都至关重要的应用中，这是一个巨大的飞跃；3D 几何形状可以根据在太空轨道中的使用条件进行优化修整。该项目令人印象深刻的结果展示了增材制造在航天工业中的潜力，相信未来航空航天领域中肯定还将会有更多此类项目的出现。
就Koreasat-5A 和 Koreasat-7 项目  

关于Poly-Shape
Poly-Shape SAS 是一家提供快速原型制造和小批量生产服务的制造商和服务供应商。在其为客户制定的解决方案中，使用塑料和金属进行增材制造扮演着重要的角色。作为一家全套服务供应商，其服务范围包括从设计到成品以及加工和组装的全部内容。
航空航天工业是 Poly-Shape 最引人关注的应用行业，其营业额占比约 40 %。

关于Concept Laser
Concept Laser 有限公司是一家来自利希滕费尔斯的独立企业。公司自 2000 年成立以来，一直都是激光熔融技术领域的创新推动者，凭借获得专利的 LaserCUSING® 技术从事跨行业的经营活动。
该熔融方法是采用3D CAD 数据逐层生成部件的熔融技术。在这过程中，粉末状的金属通过高能光纤激光器发生局部熔化。冷却后，材料凝固。反射镜偏转装置（扫描器）通过对激光束进行偏转制造出部件轮廓。通过降低构造空间底面、重新涂敷粉末和再次熔化逐层（层厚 15 – 500 μm）构造出部件。该方法可在不使用模具的情况下制造出复杂几何形状的部件，而这是常规制造方法很难或根本无法做到的。

来源：投稿延伸阅读：
欧洲最大的3D打印卫星部件通过质量验证
澳洲科学家用3D打印打造电离层CubeSat卫星