miniFactory 3D打印卫星部件将用做通信卫星金属替换件

芬兰研究小组的项目旨在制造更轻、更快的航天器，研究的重点是开发适合在太空使用的3D打印聚合物组件，Maker3D是这个研究小组的一部分，负责用高分子材料对需要的零件进行3D打印，并提供3D打印技术和零件设计方面的专业知识。miniFactory Ultra 3D打印机被选为这项工作的应用工具，能够为航空航天和航天工业设计多种高性能材料，还可以将多种材料组合在同一零件中。

该项目名为HighPEEK，由欧洲航天局（ESA）资助，于2019年9月启动，并持续两年。该项目最终将生产适用于空间技术的部件。由于每公斤发射到轨道上的成本可能高达3万美元，即使重量减少很小，也可以节省大量预算。该项目的研究目标是减少至少50%的零件重量，并尽可能缩短交货期。主要想法是更换金属零件，因此项目中使用的材料一般需要是性能最好的高性能聚合物。这种材料的3D打印对于航天发射来说是一种极为经济高效的制造方式。

其中的项目成员表示:“用3D打印热塑性塑料替换金属零件，可以达到要求的规格。当这些部件在TRL5环境中进行测试时，要求非常高。零件需要承受强烈的振动、电荷和温度的快速变化。并且，有时零件也可能需要有内部电路的线路结构”。

卫星零件正在制作中
卫星上使用的部件将面临地球空间环境以及振动和发射载荷。对零件的其他重要要求是除气和抗紫外线能力。
为该项目选择了两组零件：
1.外壳
2．支撑结构和支架

为了有一个真实的角度，将已被用于卫星项目（如ARTES）的金属部件选为基准，来与3D打印高性能聚合物进行比较。3D打印PEEK CF支架，用于固定卫星上的通用蜂窝板，照传统所用的铝质版轻了59%。

上图中突出显示了来自支撑结构和支架组的3D打印部件的一个示例。支架用于固定通用蜂窝板。这些传统上是固定使用简单的铝角板与螺栓连接到框架。尽管3D打印版看起来要复杂得多，但它比传统铝制版轻59%。图片中突出显示的最新3D打印部件已使用gyroid填充打印为半空心结构。这使得重量急剧减少而不损害机械性能。3D打印版本中使用的材料是碳纤维增强PEEK材料。

第二个示例部分来自一组外壳。采用ESD-PEKK材料制作了哨兵一号地球测绘卫星电源继电器外壳。原来的外壳是用铝制成的，但利用3D打印可以改变结构并使网格更轻。运用高性能聚合物，项目的所有目标都可以实现。

采用PEEK CF材料并重新设计的传感器外壳
上图所示的实验性IRES-C传感器外壳最初是用金属制成的。IRES-C是红外地球传感器的缩写，它的任务是作为在轨卫星姿态调整的一部分。重新设计的传感器外壳采用碳纤维增强PEEK进行了3D打印，这种设计实现了结构更轻而不影响功能。

零件要求
在进入轨道的旅程开始时，部件需要承受很大的压力。准确地说，纵向加速度为6g，横向加速度为4g，并且还不是全部，有很多连续的振动和零星的冲击载荷。因此，零件的测试需要全面，涵盖零件强度和刚度测试的不同方面。除了拉伸和弯曲模式外，还使用振动台测试了零件的抗疲劳性。

当部件进入轨道时，需求会发生变化，不同的挑战也会出现。这些零件现在面临着高真空和不同光谱的电磁辐射。所有零件都需要进行不同类型紫外线（A、B和C）的应力测试，以便能够承受空间中的连续暴露。

除此之外，零件还需要具有非常好的排气性能。这是一种与零件在高真空下的稳定性有关的现象。零件不能在聚合物结构中含有气泡或在真空中发生化学分解。
为了满足所有这些要求，零件需要用性能最好的聚合物制作，并需要全程监控制作的过程。

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