欧洲开发用于卫星部件的增材制造技术

来源： 天地一体化信息网络

增材制造（AM）被视为最具颠覆性的新兴技术之一，其全新的方法成为“第四次工业革命”的推动力之一。欧洲SWISSto12公司是一家创新的航空航天供应商，根据欧洲空间局（ESA）ARTES先进技术计划开发了一种基于AM的专利技术，用于生产关键的卫星部件为射频（RF）应用开辟了一种新解决方案。

增材制造也称为3D打印，最近应用更加普遍并且正在迅速发挥潜力。例如雕刻状物品和小人像、色彩炫目的彩色平台形聚合物鞋或运动鞋、具有微型尼龙掐丝效果的埃菲尔铁塔，甚至可以通过六个简单步骤在家中3D打印智能手机保护套。AM使用一个起控制作用的数字文件并逐层打印出物体。该过程与传统的通过切削、熔化、机械加工等去除大量材料以形成物体或模具的“减材”制造方式背道而驰。

AM除了能够创造出更新颖的“奇妙塑料”之外，还有可能实现以前不可能使用的复杂材料的设计，不仅在被加工组件的物理应用层面成效颇丰，而且在整体设计和集成工艺技术上实现突破性飞跃。

ESA支持SWISSto12测试是否适合使用AM去打印移动通信应用的RF用户终端的前端器件，其市场要求以合理的成本生产少量到中等数量（1到10000个单位）的该类器件，以便最终可以以实际市场价格提供通信服务。由于在这种情况下量不大，用户终端的价格对服务的总价格具有显著影响，而且使用注塑或自动加工等传统制造技术不足以达到较低成本的量产规模。

增材制造（AM）是一种新兴技术，可以通过以更低的成本和更短的交付周期制造复杂的、集成的和定制的产品，从而彻底改变许多行业。（图片来源：Andrey Suslov /Shutterstock）

然而使用AM的最大优点还在于它所固有的、使用传统方法根本不可能实现的设计制造灵活性。设计工程师通过使用AM可以制造更轻、更小巧、性能更高的RF组件。

ESA支持的工作成功制造了商业终端的三个不同组件，包括双工器、OMT（正交模式传感器）和天线阵列─以及相关的馈电组件。这些组件由聚合物材料制成，并使用立体光刻（基于激光的3D打印）制成。使用SWISSto12的专有化学镀铜工艺涂覆涂层。这种新工艺能够涂覆获得良好的RF性能所需的非常重要的金属镀层（例如在铜上涂覆的银层）。

ESA技术官David Seguin表示：“在这项活动中制造的组件的一个重要特征是组件质量显著减少，与传统组件相比最多可减少五倍。使用AM可以实现更先进的设计，这些设计无法使用传统的加工技术制造，其结果提升了RF性能。人们认识到任何质量和体积的减少对于空间应用都至关重要，对地面设备同样也非常重要，形成天线信号链的RF元件也必须作为系统重量平衡和机械支撑的一部分结合到机械设计中。减小的质量和体积为地面设备提供了更高效和可实现的RF和机械结构协同设计，这在移动应用领域里尤为重要。”

ESA / SWISSto12团队采用先进AM技术研制出可重复制作的关键组件。（图片来源：SWISSto12 / ESA）

SWISSto12射频项目经理Alexandre Dimitriades博士表示：“我们研究了一些最复杂的（RF）组件，并证明了这项技术非常有前景，尤其是具有了可用单个单芯片元件替换多零件组装件的可能性，以及可以采用无法用传统方法制造的先进设计方案，故而可以改善器件的RF性能。在反复循环的研究结束后，达到了在项目之初由于所制作的结构复杂而被认为似乎是完全不可能达到的实际性能，是过去几年中AM领域一般技术进步和SWISSto12公司达到的技术成熟程度，使得实现这样的性能成为可能。”