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根據3D科學谷的市場觀察，3D打印在衛星尤其是小衛星方面的應用越來越深化，國內方面，2021年12月，由鉑力特打印、星眾空間出品的“靈巧號”太空實驗衛星搭載由陜西第一家商業火箭公司陜西華羿鴻達科技發射的“華羿一號”亞軌道火箭在西北某試驗場成功實施首次飛行。金屬3D打印的“靈巧號”衛星（Agile Testbed），是星眾空間專為生物、醫藥、材料、能源等太空實驗設計的衛星平臺。

2022年3月，我國在西昌衛星發射中心用長征二號丙運載火箭，成功將我國首次批量研制的六顆低軌寬帶通信衛星——銀河航天02批批產衛星送入預定軌道，任務獲得圓滿成功。

根據3D科學谷的了解，幾乎所有今天建造的衛星都至少有一些 3D 打印部件，盡管大多數仍然是相對簡單的機械支架系統，用于將航天器的結構保持在一起。3D科學谷在《洞察目前國內衛星3D打印應用的技術邏輯與商業價值》一文中分享了3D打印的技術和商業邏輯，本期，3D科學谷與谷友深度領略3D打印衛星的現狀與技術展望。

衛星類型

現狀、挑戰與趨勢

根據3D科學谷，3D打印不僅僅實現點陣結構這樣的輕量化結構，在衛星制造方面的應用技術邏輯還包括：一體化結構實現、高附加值零件制造、動力結構制造等等。

/現狀

3D 打印-增材制造可以將多個波導合并到一個單元中，從而促進系統集成和優化重量。但就在大約2016年前，3D打印結構的使用在很大程度上是實驗性的，在具有健康風險偏好的太空任務和有效載荷中飛行的應用的3D打印部件很少。

隨著增材制造技術的發展及商業航天探索的投入，增材制造組件已成為其制造的所有衛星的標準，根據3D科學谷的了解，到 2020 年，增材制造組件約占典型航天器組件的三分之一。

3D 打印可以將多個波導合并到一個單元中，從而促進系統集成和優化重量

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隨著增材制造的進步，衛星上3D 打印部件的數量正在增長。衛星制造正在采用3D打印技術來降低成本并加快生產能力越來越強的航天器。可以說增材制造技術的進步正在為衛星以及可以在軌道上打印零件的未來鋪平道路。那么距離 3D 打印整個衛星有多近？

這是一個難以回答的問題，尤其是因為衛星上的部件數量因其大小和復雜性而有很大差異，范圍從簡單的基礎結構到復雜的半導體。

3D 打印在衛星方面的應用

I 案例：千乘一號

根據3D科學谷之前的分享，2019年8月17日，捷龍一號遙一火箭在酒泉衛星發射中心點火起飛，以“一箭三星”的方式將“千乘一號01星”衛星送入預定軌道，發射取得圓滿成功。千乘一號衛星主結構是目前國際首個基于3D打印點陣材料的整星結構，千乘一號衛星入軌運行穩定，標志著用于航天器主承力結構的3D打印三維點陣結構技術成熟度達到九級，即實際系統成功完成使用任務。

千乘一號整星結構采用面向增材制造的輕量化三維點陣結構設計方法進行設計，整星結構通過鋁合金增材制造技術一體化制備。傳統微小衛星結構重量占比為20%左右，整星頻率一般為70Hz左右。千乘一號微小衛星的整星結構重量占比降低至15%以內，整星頻率提高至110Hz，整星結構零部件數量縮減為5件，設計及制備周期縮短至1個月。整星結構尺寸超過500mm×500mm×500mm包絡尺寸，也是發射前最大的增材制造一體成形衛星結構。

整星增材制造工作委托西安鉑力特增材技術股份有限公司完成，該衛星所有結構由鉑力特四光束3D打印設備BLT-S600一爐內完成打印制造，零件最小特征僅為0.5mm。零件整體輪廓尺寸大，內部輕量化點陣胞元結構尺度小，整星超過100萬個點陣特征，增材成形難度大，從穩定性、精度、周期等指標上對打印設備及工藝能力要求極高。

I 案例：Maxar

由于衛星的尺寸和復雜程度不同，3D打印的應用程度也各有不同。Cubesat 部件可以包含數百個組件，而更大的衛星可以從數萬到數十萬”用于旗艦任務，例如剛剛發射的價值 100 億美元的詹姆斯韋伯太空望遠鏡。

根據3D科學谷的市場了解，國際上Maxar 在衛星上使用的第一個 3D 打印金屬部件由鈦合金制成，并于 2016 年在為日本 Sky Perfect JSAT 建造的通信衛星 JCSAT-15 上發射。自那時以來，Maxar 在發射的 20 多顆衛星上使用了由鋁、鈦和塑料制成的增材制造部件——總共有 5,800 個在軌部件。

2018 年發射的 Hispasat 30W-6 衛星的天線塔由 200 多個增材制造部件組成。

? Maxar

將 3D打印用于太空制造，因為增材制造這種技術提高了生產的靈活性，降低了成本并提高了性能，制造 3D 打印組件需要更少的人員和更便宜的材料，這些組件通常有多種用途，減少了硬件數量和整體組件的復雜性。

/挑戰

那么3D打印的優勢如此明顯，當前存在什么樣的挑戰和制約因素呢？

根據3D科學谷的了解，缺乏衛星標準化也是實現 3D 打印提供的規模經濟優勢的障礙。這不像 3D 打印火箭發動機，而衛星尚未標準化到可以從中受益匪淺的水平。

即使對于小型衛星制造商來說，當前使用3D打印機生產零件也可能需要人工操作員進行大量干預，這可能會增加而不是節省成本。

另外一個最大的障礙是成本，盡管進行了改進，但除非大規模進行衛星的3D打印，否則成本的下降將不會很快發生。

為了實現批量化3D打印衛星的目標，業界需要研究至少有一百顆衛星的更大計劃，每顆衛星都有許多相同的部件，并且衛星設計/架構已經針對 3D 打印進行了優化。

另外轉向3D打印-增材制造需要重新設計符合太空要求的部件，然后在軌道上進行測試，然后才能更廣泛地使用。這其中所涉及的風險、時間和成本目前還無法證明快速轉向 3D 打印的合理性。

然而正如5年前業界還很少將3D打印用于發射的衛星上，5年后的今天已經獲得大為改觀一樣，雖然3D打印暫時不能為衛星制造節省大量成本，但業界正在探索該領域，因為可能會在未來 5-10 年內發生變化。

3D 打印金屬天線

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I 案例：Fleet Space

國際上Fleet Space在2021年12月的B輪融資中籌集了超過 2600 萬美元后不久，這家初創公司宣布了第二代星座的計劃，據稱該星座將包括第一批完全通過 3D打印制造的衛星。3D科學谷了解到Fleet Space 3D 打印衛星天線使其每公斤航天器的傳輸能力提高 10 倍。

這個升級后的星座中的第一顆小型衛星被稱為阿爾法，目標是在 12 個月內準備好發射，以加入目前在軌的六個半人馬座立方體衛星。

不過目前或者在未來許多年內，強大的半導體不太可能進行 3D 打印，因此衛星本身將始終具有非3D打印的部分。

根據3D科學谷的了解，在南澳大利亞當地政府投資約 1400 萬澳元的情況下，Fleet Space正在專注于射頻元件（天線等）的3D打印，這些元件實際上對 3D打印來說比其他任何東西都復雜得多（幾何形狀非常復雜），Fleet Space現在擁有3D打印它們的專利。然后Fleet Space轉向結構、雙工器，現在Fleet Space還在探索整個電子元件的3D打印。

3D 打印天線

根據 Fleet Space，每顆 Alpha衛星將擁有多達 64 3D 打印天線，這使得它能夠提供比其最近的Centauri 衛星高 16 倍的性能，而重量只有四倍。

/展望

當前，3D打印高性能衛星必須克服的技術障礙是相當大的，有些特殊零部件可能需要新的增材制造工藝。然而，人類是充滿想象力和探索精神的動物，3D打印衛星的強大誘惑力是存在的，如果有一天能夠在軌道上自主建造衛星，會繼續吸引那些希望突破可能極限的投資。