NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

本期内容将详细介绍被JPL实验室纳入技术亮点的3D打印技术应用，同时需要注意的是，该实验室是3D打印技术研发和应用的重要机构，代表案例便是在毅力号火星车上的重要应用。

为航天器和高空气球设计和制造天线是很困难的。从本质上讲，天线体积庞大，在太空发射过程中要承受巨大飞行压力同时要保持尺寸稳定，因此其制造一直是重要挑战。亚毫米天线用于各种地球观测、行星科学和天文学应用，需要在微小波长范围内工作，因此其制造过程不能引入缺陷，以保证其能够在较宽的温度范围内工作。

传统上，这些天线采用玻璃制作，在天线表面沉积一层薄的反光材料（如镍），背面则粘贴一个由金属蜂窝或金属条制成的支撑结构。其制造过程耗时且容易出错，在极端温度下工作时也有潜在的缺点，由于材料会以不同的速率膨胀和收缩，可能给天线带来应力和不均匀的变形。

具有仿生设计的铝合金反射镜（直径20cm）

研究团队使用铝粉打印了仿生结构天线，实现了采用更少质量创建更复杂的天线设计的突破，同时也实现了传统制造技术无法实现的任务优化形状。通过使用复杂的设计软件，天线支撑元件可以根据需要调节厚度，这进一步有助于提高性能，进行高效设计。

随着美国宇航局的机器人航天器越来越有能力探测来自太空的微弱信号，它们对机载机械的干扰也越来越敏感。在传统设计中，电子“噪声”设备使用金属外壳屏蔽。

采用DED工艺打印磁屏蔽结构

JPL实验室使用的新技术利用了增材制造的优势，能比以往任何时候都更快、更容易制造出性能更好的磁屏蔽结构。激光能量沉积工艺结合激光和粉末，利用送粉方式在计算机控制下一层一层打印零件，同时能够通过改变粉末的成分，在最有效的地方沉积不同的金属合金，从而使多材料磁屏蔽制造成为可能，提高了屏蔽性能。

JPL团队开发了一种新的3D打印织物，在太空部署后可以变化为所需的形状。这些形状变形材料的灵感来源于链甲，通过打印互锁的粒子来制造，每个粒子都可以独立移动一小段距离，从而实现参数定制，非常适合特定用途。然后，这些柔性结构可以被卷成或折叠成非常小的尺寸，装入火箭整流罩进行发射。

JPL团队开发的结构可调节3D打印织物

这些结构织物在NASA任务和消费产品中都有许多潜在的应用。它们可以用作可展开的散热器、天线、太阳能电池板、辐射防护毯或微流星体防护罩。它们也可以作为暴露在长时间微重力环境下的宇航员的身体外骨骼；在地球上，这种结构织物可以用于医疗保健，作为自适应组件，在伤口愈合时调整其硬度，或者作为消防员或士兵的抗冲击服装。它们的特点是可折叠和可装载，然后在太空中展开成更大的刚性形状，这将可以制造更大的可定制组件和形状来实现最佳性能。