科技日報記者 金鳳
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當3D打印與衛星制造“聯姻”，將帶來一場什么樣的變革？12月3日，在南京舉行的第二屆增材制造研究前沿國際會議中，這一話題備受關注。記者從會上獲悉，南京理工大學已運用3D打印技術研制出10多顆微納衛星，并成功發射。
增材制造俗稱3D打印，是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術，是先進制造業的重要組成部分。?
南京理工大學微納衛星設計與整體制造中心制作的3D打印小衛星模型，南理工供圖?
“你們看這個微納衛星模型，就是用3D打印的，這么大的衛星一般用于空間科學實驗驗證。”接受記者采訪時，南京理工大學機械工程學院副院長劉婷婷手握的一顆10立方厘米的衛星模型，成為關注焦點。記者看到，在這個立方體模型中，各個不同功能的元器件像被鑲嵌結構中，非常特殊。
“這些結構材料是沒有功能的，類似于電視機殼，它只是將各個元器件組裝起來。衛星的重量每增加一點，它的費用就會提高很多。如果結構材料能輕一些，一來可以降低成本，為批量化生產衛星提供基礎，二來可以搭載更多的衛星載荷，進行更多的空間試驗。”劉婷婷介紹，傳統的衛星制造模式，是衛星內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星的導電線路內生共成形于結構體內部，再嵌入一些功能載荷，這就將衛星的電路、元器件和功能材料融合一體，可以進行“結構-電路-器件”一體化3D打印制造。
“一體化3D打印技術的拓撲設計、晶格設計等輕量化設計技術，可以在衛星內部結構上重新布局，從而可以實現衛星輕量化。”劉婷婷說，用3D打印出一體化研制的微納衛星，體積可減少30%以上，功能密度提升30%以上，這在“斤斤計較，克克黃金”的航天領域尤為重要。?
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南理工研制的國際首臺多機器人協同整體增材制造裝備，南理工供圖?
“未來的衛星，我們會用多機器人來打印，一個機器人打印電路，一個機器人打印結構，一個機器人嵌入器件，最終一體化制造出來。原來的衛星結構占比大約15%到20%，甚至25%，未來我們希望可以降到10%以下，甚至更低。”劉婷婷表示。
讓衛星“減肥”有多難？劉婷婷透露，首先要給衛星的復雜結構減重，“但減重的同時，衛星還要能達到一定的抗沖擊能力，因為火箭在發射過程中會有很大震動，對衛星器件和結構的沖擊力是很強的，衛星要能承載巨大的沖擊力，這對設計要求很高。”
嚴峻的空間環境，也對衛星性能的穩定性提出挑戰。“太空環境非常復雜，高溫時可達零上100攝氏度，低溫時低到零下100攝氏度。在這樣的環境中，衛星的結構件要能承受極端溫度和空間輻射，這對3D打印材料的性能也提出很高要求。”劉婷婷說。
第二屆增材制造研究前沿國際會議，南理工供圖
會議現場，來自中國、美國、德國、英國、新西蘭等國的12位增材制造領域的國內外頂級學者還從3D打印技術在我國航天領域的創新應用、3D打印技術發展趨勢和面臨的問題、極端輕量化結構設計與3D打印的新思想和實現途徑等領域開展學術對話、分享交流。
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