轻量化案例：欧洲最大增材制造卫星部件将翱翔天际

【案例背景】法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（Thales Alenia Space）与3D打印服务公司Poly-Shape合作，共同利用3D打印打造韩国新型通信卫星Koreasat-5A 及Koreasat-7上的部件。该部件将作为基本的地面通信天线支撑，同时安装在两款通信卫星上。据了解，Koreasat-7预计将于明年送上轨道。届时，这个由欧洲生产的最大增材制造卫星部件也将翱翔天际。

轻量化的高复杂度几何部件

据了解，此次卫星部件制造采用了基于粉末床熔融的金属3D打印技术。打印的部件尺寸达447x204.5x391mm³，但重量仅有1.13千克，是真正意义上的轻质金属部件。

泰雷兹增材制造部门负责人Florence Montredon指出：“将1kg的部件运送到轨道需要花费约2万欧元。两个卫星原本的重量是3500kg。可想而知增材制造轻质部件的优势帮了多大的忙。”他们选择了AISi7Mg合金作为材料，最终部件通过了动态测试：孔隙率<1%，拉伸率和切削强度也很不错。Florence补充道：“重量减少了22%，成本降低了30%，而且生产周期也缩短了1-2月。我们用增材制造的有机整体部件取代了传统的多个部件，以前的9个部件，如今一次性成型为单个部件。这是第一，节省了组装步骤。第二，不再需要进行模具建造。第三，时间大大缩减。”

负责此次卫星部件制造的3D打印服务商Poly-Shape一共拥有28台3D打印的金属设备，其中最大型的当属Concept Laser的X line 2000R，其次是X line 1000R。这两台设备性能高端，在项目中发挥了重要的作用。

面向增材制造的设计

将部件制造过渡到增材制造需要重新进行设计。在这个卫星部件的制造项目中，高度复杂的大型部件是一大难题。最终，他们用了基于CAE-CAD的方案来设计一个具有功能性的仿生学几何结构部件。泰雷兹在这一过程中进行了几个部分的设计改动：在卫星周围区域进行微调保证最大的匹配精度，进一步保证其在轨道顺利运行。拓扑优化经历了2到3个阶段，然后，CAD数据需要在机械分析和模拟前进行重新设计和整理。优化设计充分考虑了Poly-Shape的操作环境，比如改变部件的体积、支撑结构等。他们还引入了激光制造（Layer-Based Manufacturing）。Florence表示，“我们已经将增材制造作为未来项目中的重要工艺，以后在制造这些立体结构部件的过程中，我们还会重视功能集成，比如结合热控技术和无线电功能。”

以下是关于该项目的一个采访，泰雷兹增材制造项目负责人Florence Montredo和Poly-Shape首席行政官Stéphane Abed为我们披露了更多细节：

记者：你们选择用怎样的技术和工艺来生产卫星部件？

Florence：小批量的单个组件通常用增材制造，大批量则一般用铸造，及基于模具的工艺流程。

记者：请介绍一下这次制造的卫星部件，有何特别之处？

Stéphane：这个部件尺寸达447x204.5x391mm³，打印一共用了6天。它无疑会是送上轨道的由欧洲生产的最大增材制造部件。

记者：最终部件测试是如何进行的？

Florence：这个天线支撑部件经过了真正的地面测试。他们还会用于进行卫星制造水平的测试——包括振动试验和高温真空环境测试，保证轨道运行寿命超过15年。

记者：为什么选择激光增材制造？为什么选择Concept Laser的设备方案？

Florence：激光熔化在卫星制造中是一个非常具有潜力的技术。它非常适合小批量部件制造，带来了轻量化设计和复杂的几何形状设计可能。此次制造我们选择Concept Laser的设备，他们的可以提供大尺寸的金属3D打印，LaserCUSING解决方案则可以在打印这种大型部件时有效地消除应力。除了铝之外，打印的材料还包括钛合金与镍合金等活性金属，这对飞行结构制造而言是非常有利的一点。其X line 2000R设备的多激光系统也是很吸引我们的亮点。

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