美嘗試首用3D打印技術製造太空攝像機

本文轉自《科技日報》

科技日報訊 (記者常麗君)預計到今年9月末，美國國家航空航天局(NASA)將製造出迄今首台零部件几乎全部由3D打印而成的太空攝像機。NASA戈達德太空飛行中心航空工程師傑森·巴蒂諾夫：“據我所知，我們是第一個嘗試建一台完全由3D打印的儀器。”

3D打印也稱為增材製造，在3D計算機輔助設計(CAD)模型的指令下，由計算機控制激光熔融金屬粉末再凝聚在一起。由於部件是一層層打印的，還能設計打印部件內部結構，這是傳統製造方法做不到的。

據物理學家組織網8月7日(北京時間)報導，由戈達德“國際研究與發展”(IRAD)計劃資助的這一多交叉項目研製的是一台全功能的50毫米攝像機，其外管、擋板和光學架都將作為整體結構打印出來，整個大小適配CubeSat小衛星；鏡子和玻璃透鏡則用傳統方法製造。該攝像機將於明年接受振動和熱真空測試。

項目的目標並不是讓它們上天，至少現在還不是。巴蒂諾夫：“只是個‘探路者’。要製造用作科學儀器的望遠鏡，通常有幾百個部件，過程複雜又昂貴。3D打印能減少所要製造的部件總數，部件形狀也能更隨意，不受傳統粉末衝壓的限制。”

望遠鏡設計為50毫米，用鋁鈦粉來製造4個不同的部分。如果用傳統方法，製造的部件數量是3D打印法的5到10倍；而根據儀器擋板的角度排列，用傳統方法不可能做成一個整體。

攝像機完成組裝后，就准備進行太空品質測試，計劃用時3個月。巴蒂諾夫：“基本上，我想證明增材製造的儀器也能飛。”

此外，他還想證明，用鋁粉也能生3D打印的望遠鏡鏡子。鋁表面多孔透氣，很難拋光得像鏡子一樣。巴蒂諾夫計劃先定製一個裝在50毫米儀器上的未拋光3D打印鏡面，把鏡片放入一個充滿惰性氣體的壓力艙。當氣壓增加，氣艙變熱，會擠壓鏡面，減少表面孔隙度，這一過程叫做高溫等靜壓。“這一過程，再結合表面沉澱鋁薄層和戈達德開發的鋁穩定熱處理工藝，將能製造出3D打印的金屬鏡。”巴蒂諾夫。

明年，他還計劃實驗因瓦合金打印的儀器部件。這種合金具有極高的形狀穩定性，是製造超穩定、輕質望遠鏡骨架和其他儀器的理想材料。

“製造光學儀器的人都能從我們的實驗所得中受益，”巴蒂諾夫，“我認為，我們能證明在成本和時間上，3D打印技術都能減少一個數量級。”

總編輯圈點

傑森·巴蒂諾夫先別忙沾沾自喜，據我所知早先已有來自清華大學、北京大學、牛津大學以及倫敦大學學院的中英兩國博士生用樂高積木以及3D打印原件搭建出一台原子力顯微鏡，他們用時五天，將這台設備的成本從10萬美元降低至300美元！看來利用3D打印技術快速製造成本低廉的光學儀器已經在中國學生和美國航空工程師之間達成共識，我們期待未來3D打印技術給我們帶來更多的驚喜！