科技日报记者 金凤
当3D打印与卫星制造“联姻”，将带来一场什么样的变革？12月3日，在南京举行的第二届增材制造研究前沿国际会议中，这一话题备受关注。记者从会上获悉，南京理工大学已运用3D打印技术研制出10多颗微纳卫星，并成功发射。
增材制造俗称3D打印，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，是先进制造业的重要组成部分。
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南京理工大学微纳卫星设计与整体制造中心制作的3D打印小卫星模型，南理工供图
“你们看这个微纳卫星模型，就是用3D打印的，这么大的卫星一般用于空间科学实验验证。”接受记者采访时，南京理工大学机械工程学院副院长刘婷婷手握的一颗10立方厘米的卫星模型，成为关注焦点。记者看到，在这个立方体模型中，各个不同功能的元器件像被镶嵌结构中，非常特殊。
“这些结构材料是没有功能的，类似于电视机壳，它只是将各个元器件组装起来。卫星的重量每增加一点，它的费用就会提高很多。如果结构材料能轻一些，一来可以降低成本，为批量化生产卫星提供基础，二来可以搭载更多的卫星载荷，进行更多的空间试验。”刘婷婷介绍，传统的卫星制造模式，是卫星内部各个模块分离制造，再装配集成。但她所在的团队提出将微纳卫星的导电线路内生共成形于结构体内部，再嵌入一些功能载荷，这就将卫星的电路、元器件和功能材料融合一体，可以进行“结构-电路-器件”一体化3D打印制造。
“一体化3D打印技术的拓扑设计、晶格设计等轻量化设计技术，可以在卫星内部结构上重新布局，从而可以实现卫星轻量化。”刘婷婷说，用3D打印出一体化研制的微纳卫星，体积可减少30%以上，功能密度提升30%以上，这在“斤斤计较，克克黄金”的航天领域尤为重要。
南理工研制的国际首台多机器人协同整体增材制造装备，南理工供图
“未来的卫星，我们会用多机器人来打印，一个机器人打印电路，一个机器人打印结构，一个机器人嵌入器件，最终一体化制造出来。原来的卫星结构占比大约15%到20%，甚至25%，未来我们希望可以降到10%以下，甚至更低。”刘婷婷表示。
让卫星“减肥”有多难？刘婷婷透露，首先要给卫星的复杂结构减重，“但减重的同时，卫星还要能达到一定的抗冲击能力，因为火箭在发射过程中会有很大震动，对卫星器件和结构的冲击力是很强的，卫星要能承载巨大的冲击力，这对设计要求很高。”
严峻的空间环境，也对卫星性能的稳定性提出挑战。“太空环境非常复杂，高温时可达零上100摄氏度，低温时低到零下100摄氏度。在这样的环境中，卫星的结构件要能承受极端温度和空间辐射，这对3D打印材料的性能也提出很高要求。”刘婷婷说。
第二届增材制造研究前沿国际会议，南理工供图
会议现场，来自中国、美国、德国、英国、新西兰等国的12位增材制造领域的国内外顶级学者还从3D打印技术在我国航天领域的创新应用、3D打印技术发展趋势和面临的问题、极端轻量化结构设计与3D打印的新思想和实现途径等领域开展学术对话、分享交流。
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