（金属3D打印手套箱）一步一步进军太空：铝材料成为优质材料

一体化微纳卫星

3D打印比例逐渐提高

无所不能的3D打印，已经进入了太空领域，就连卫星都可以通过3D打印技术“打印”出来。南京理工大学自主研发的国际首台多机械协同整体增材制造装备，颠覆了过去微纳卫星“分离制造、装配集成”的制造模式，可3D打印出一体化制造的微纳卫星，使其体积减少30%以上，功能密度提升30%以上。“原来的卫星结构占比大约15%到20%、25%，未来我们希望可以降到10%以下，甚至更低。”目前，南理工微纳卫星与整体制造实验室已经发射了多颗3D打印的微纳卫星。

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。“卫星中的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。”

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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成型于结构体内部，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为一体，可以进行“结构—电路—器件”一体化3D打印制造。未来的卫星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，一体化制造出来。原来的卫星结构占比大约15%—20%，甚至25%，未来有望降到10%以下，甚至更低。

低成本等离子传感器

3D打印就可以做出来

曾经在太空中做任何事情都是昂贵的，但是麻省理工学院的一组科学家已经找到了一种方法来降低一些成本--也许有助于加速气候变化研究。该团队已经开发出麻省理工学院所说的第一个用于卫星的3D打印等离子体传感器。这些传感器可以检测高层大气中等离子体的化学成分和离子能量的分布。

究人员使用一种名为Vitrolite的可打印的玻璃陶瓷材料来制造传感器，也被称为迟钝电位分析器（RPAs）。据说它比其他通常用于传感器的材料更耐用，如薄膜涂层和硅。使用3D打印方法，该团队创造了具有复杂形状的传感器，麻省理工学院说它可以 "承受航天器在低地球轨道上遇到的广泛的温度波动"。

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这意味着这些传感器可能很适合低成本的立方体卫星。当它们被用在轨道卫星上时，RPAs可以进行化学分析和测量能量，这可以帮助天气预测和监测气候变化。科学家们声称，这些传感器的性能与使用半导体并在无尘室中制造的类似设备一样好。在无尘室中组装RPA是一个昂贵的过程，可能需要几个星期。用3D打印机和激光切割制造它们只需要几天时间，成本 "几十美元"。

麻省理工学院微系统技术实验室的首席科学家、关于传感器的一篇论文的高级作者路易斯-费尔南多-贝拉斯克斯-加西亚已经看到了改进的空间。他希望减少玻璃陶瓷缸聚合的层的厚度或像素大小，希望能创造出更复杂和精确的设备。还有人认为，"完全增材制造的传感器将使它们与太空中的制造兼容"。

3D打印火箭

给航天航空带来了哪些改变

 现在看来，3D打印对航空航天工业的影响怎么估计都不为过。没有任何其他技术能够让如此多的公司进入这个行业，并在如此短的时间内以如此低的成本交付车辆、发动机和火箭等产品。现在，随着越来越多的商用3D打印机被证明能够生产出符合太空价值的组件，新兴火箭制造商的数量即将激增。

英国的航空航天公司希望其3D打印火箭能在今年年底前在苏格兰升空，而该公司使用了德国制造商新的金属3D打印机；在美国，火箭发动机制造商正在接收新的推进引擎订单，该引擎旨在取代目前无法获得的、由俄罗斯制造的发动机，且也是用现有的金属3D打印机制造的。

与美国宇航局的航天飞机项目相比，增材制造技术可将发射成本降低95%，这为更多的轨道服务打开了大门，并推动了火箭制造商之间的激烈竞争，另一位曾在SpaceX任职的资深人士表示，按照传统的航空航天制造方法，制造和测试模具就需要9至12个月的准备时间，以及巨额费用。“增材制造使我们可以在试验台上放置一种新的设计，并快速对其做出修改和打印，然后几周内就推出产品。”自SpaceX在2013年推出其3D打印的SuperDraco火箭引擎以来，3D打印在太空行业中已经历了一段不短的历史。

 完成高温测试

新型铝材3D打印发动机

上个月，美国国家航空航天局成功测试了由铝制成的 3D 打印火箭发动机喷嘴，这是旨在降低发动机制造成本和重量的项目的一部分。总部位于阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔太空飞行中心的工程师与3D公司合作，开发了一种可焊接的铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。发动机喷嘴是火箭重要的部件之一，它与燃烧室一起必须承受发动机燃烧和燃烧副产品产生的极热。这家3D打印公司首先开发了一种名为A6061-RAM2的新型铝，用于构建喷嘴并修改激光粉末定向能量沉积（LP-DED）技术所使用的粉末。

轻量化的未来

3D打印铝材料

铝和铝合金被认为是增材制造发展到大批量生产应用的下一阶段有潜力的材料之一。这主要是由于与钛合金等轻量化金属相比，铝具有出色的机械性能和低廉的价格。然而，增材制造铝基零件的工业化应用仍有很长的一段路要走，这是因为铝材3D打印面临的几个固有挑战仍未得到有效解决。

铝3D打印的一个早期挑战是，几乎所有用于增材制造的铝合金都是为铸造应用而开发的。事实上，迄今为止增材制造中常用的铝合金是AlSi10Mg：一种时效强化铝合金，具有良好的硬度，强度和动态韧性，传统上用作铸造合金。由AlSi10Mg制成的粉末通常用于增材制造，并且组件具有高耐腐蚀性，低密度和高机械强度。

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随着金属开发商和制造商引入更多增材制造专用铝和铝合金材料，金属3D打印行业将持续取得增长。今天，尽管铝增材制造的应用潜力在很大程度上仍未开发，但它在某些领域正在取得进展。Scalmalloy是专门为航空航天应用开发的，并具有满足苛刻应用环境的特性。铝镁钪粉末合金具有较高的强度重量比，良好的延展性和耐腐蚀性。与拓扑优化结合使用，该材料可以提供轻量化、高性能的飞机部件。还值得一提的是，早在 2016 年，APWORKS 就使用这种铝合金打造了一款3D打印摩托车Light Rider。

澳大利亚增材制造公司展示了如何使用增材制造和铝合金生产更高效的热交换器。该公司展示了使用打印机和AlSi3Mg材料制造的10D打印热交换器。现在获得专利的热交换器在一系列行业中具有各种应用，包括航空航天，汽车，石油和天然气，化学加工和微处理器冷却。而说到大幅面铝打印零件，迄今为止由MELD制造公司生产的。这家美国公司使用其独特的摩擦固结3D打印工艺，通过使用现成的铝条打印一个十英尺（3.05米）直径的铝筒来展示其露天能力的可扩展性。

金属粉末3D打印

关键的还是安全

从实际制造角度来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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