随着航天工业对新的前沿领域的探求,复合材料3D打印等创新技术的好处日益显现,同时为促进新的科技革命,近轨人造卫星越来越向轻量化、小体积发展。Anisoprint打印技术为这种太空飞行器在恶劣环境中向更小、更轻、更强、更稳定发展提供了可能。过去几年间,发射到轨道上的超小型立方体卫星数量不断增加。大多数情况下,它们呈链状或群状进入轨道。

这类超小型卫星具有其固有优点。其稳定性体现在如果系统的一个或多个元件发生故障,通信不会中断。它的信号可以覆盖远离赤道的区域,具有低信号延迟。总之,这种超小卫星通信范围广、速度快、稳定性高。而标准化的设计可减少开发和制造的成本和时间。这种超小型航天器十分受欢迎——某种程度上,它们可以把研发机构和商业赞助企业紧密联系在一起,仅谷歌和埃隆·马斯克的SpaceX就计划在本十年内发射约50000颗立方体小卫星。

Anisoprint开发了一种具有碳纤维增强和拓扑优化的立方体小卫星框架。该种由设计团队设计的轻质复合3D打印多单元立方体卫星结构实现了很久前即有的构思。用Anisoprint设备打印的小卫星,最小的型号长宽高仅为10cmX10cmX10cm,实验打印采用了PETG+CCF(复合碳纤维)的材料组合。

Anisoprint研究工程师Nikita Glushko说道:“增材制造和其拓扑优化方法为大幅减轻小型航天器的重量提供了机会。”众所周知,Anisoprint工业级设备PROM IS 500可制造足够坚固的零件,以承载强力,并具有耐热性,以便在温度范围为±150°C的开放太空环境中运行。这也是为什么选择高温塑料PEEK作为框架的原因。相比之下,非工程塑料的工作温度范围只适用于在地制造。同时,通过强化设计和定向加固-定制纤维路径-设计的方式,使框架重量降至200.6克——比传统制造方法制造的类铝外壳重量轻49.7%。

连续纤维增强聚合物具有明显的各向异性性能,表现为沿纤维方向的高弹性模量和横向低弹性模量。从这一点来看,正确的材料选用对于结构非常重要。各向异性打印可以自由规划纤维,而拓扑优化帮助减少了材料无效区域。来看拓扑优化复合材料打印出的小卫星框架的参考参数:

此类小卫星的量产和发射会直接影响航空航天工业的成本。要知道,这些运营费用对于任何种类的太空飞行器运营都是不可避免的。Anisoprint正致力于的是从企业和消费者身上卸下这一成本负担,通过高比强度的复合材料3D打印,真正做到把小型卫星框架制造实现规模化……

结合Anisoprint近年来一系列正在施行的空间计划,可以看出,在近地轨道,Anisoprint探索的脚步已然启程,且绝不停息。

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