CRP 工程級PBF復合材料應用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器，為航空航天業(yè)提供新機遇

微型衛(wèi)星通常重量不到 2 公斤，雖然很小，但它們對航空航天領域產(chǎn)生著巨大影響。這些微型衛(wèi)星結構緊湊且易于發(fā)射，如今被商業(yè)、政府、軍事和民用機構用于多種目的，從監(jiān)測電子煙霧污染、改善電信、收集數(shù)據(jù)到捕獲高頻信號，再到從太空拍攝的地球圖像。但這些小型設備最近的激增和成功背后的原因是什么？一方面，微型衛(wèi)星比大型衛(wèi)星具有巨大的優(yōu)勢（例如更低的發(fā)射成本），并且它們得益于電子器件微型化的持續(xù)趨勢。但還有另一個因素使它們的開發(fā)成為可能且易于實現(xiàn)：增材制造技術。

△發(fā)射器概念圖：描述了V2Albapod Deployer釋放4個Pocket Qubes的情況。照片由Rocket Lab提供。

CRP 集團的粉末床熔融（PBF）用工程級 Windform 復合材料為開發(fā)滿足太空使用嚴酷要求的低成本微型衛(wèi)星開創(chuàng)了新的機遇，該公司的碳纖維和玻璃纖維增強材料在開發(fā)時考慮了航空航天應用。

△Windform 材料對航空航天業(yè)的影響

CRP Technology長期與JAXA（日本宇宙航空研究開發(fā)機構）等航空航天領導者合作，某些牌號成功地經(jīng)受了重力測試并滿足 NASA 和 ESA 的除氣標準。正如我們將更詳細地看到的，Windform 材料對于微型衛(wèi)星的生產(chǎn)非常重要，多年來許多 Windform 衛(wèi)星已發(fā)射并且仍然成功在軌運行的事實就證明了這一點。

Windform 材料和微型衛(wèi)星的興起

近年來，總部位于意大利的 CRP Technology及其姊妹公司CRP USA已成為眾多航空航天領導者和機構的重要合作伙伴。這要歸功于CRP 的PBF專用Windform 復合材料系列，該材料能夠提供太空應用（例如微型衛(wèi)星）以及平流層內(nèi)應用（例如 UAS/UAV 系統(tǒng)和創(chuàng)新飛機發(fā)動機組件）所需的堅固性和耐用性（稍后會詳細介紹）。

△土衛(wèi)六發(fā)射器。照片來源：JAXA/NASA

CRP 的太空預制組件已被美國國家航空航天局 (NASA) 和日本宇宙航空研究開發(fā)機構 (JAXA) 等國家航天機構以及航空航天行業(yè)領導者用于發(fā)射器和微型衛(wèi)星的開發(fā)和生產(chǎn)。有趣的是，該公司的產(chǎn)品與CubeSat應用程序一起發(fā)展：近年來推出了許多新的Windform材料，以滿足航空航天應用程序和相鄰領域不斷增長的需求。僅針對航空航天領域，該公司就提供七種工業(yè)級復合材料，這些材料具有一系列有益的特性，例如導電或絕緣特性以及防釋氣性。結合粉末床熔融工藝的精度，這些材料非常適合創(chuàng)建堅固、精細的結構，并經(jīng)過優(yōu)化以適應緊湊空間中的各種儀器和技術。

Windform材料在航空航天領域的應用有著許多成功的案例。例如，CRP Technology 和 CRP USA 與蘇格蘭航空航天公司 Alba Orbital 和總部位于賓夕法尼亞州的 Mini-Cubes LLC 建立了合作伙伴關系，前者正在建造和發(fā)射世界上最先進的皮衛(wèi)星，后者專門開發(fā)用于觀測和通信的 PocketQube 衛(wèi)星任務。前者依靠 3D 打印設備 AlbaPod v2 將 PocketQube 衛(wèi)星發(fā)射到軌道上。該發(fā)射器由 CRP Technology 制造，采用 Windform XT 2.0（一種碳纖維增強的聚酰胺復合材料）制成。它已成功用于四次任務，將25個PocketQube有效載荷發(fā)射到軌道上，如今AlbaPod v2是市場上唯一可可運行、經(jīng)過飛行驗證的PocketQube發(fā)射器。 CRP USA則與Mini-Cubes LLC合作，使用相同的Windform復合材料制造航天級PocketQube衛(wèi)星。

Windform XT 2.0 為微型衛(wèi)星提供了理想的材料特性，具有高拉伸強度、抗沖擊性、抗排氣性以及耐氣壓和耐流體性。Windform 復合材料系列的另一個特點是密度極低且重量輕（特別是與具有相當強度和耐用性的金屬相比）。這一點至關重要，因為發(fā)射成本在很大程度上取決于有效載荷的重量，因此立方體衛(wèi)星越輕，部署就越容易、越便宜。

與 FDM、SLA（甚至非復合材料 SLS）等其他 3D 打印工藝相比，CRP的 Windform 材料和 PBF 技術還具有多種優(yōu)勢，包括能夠生產(chǎn)更堅固、更耐用的部件，并經(jīng)認證可承受太空環(huán)境壓力。（Windform 組件已成功通過了各種壓力測試，包括沿所有三個軸進行高達 14 公斤的隨機振動以及 -40 至 80 攝氏度的熱真空循環(huán)。）Windform 材料還表現(xiàn)出排氣合規(guī)性，適合與電子產(chǎn)品一起使用，如 PCB、電池和天線。Windform LX 還具有絕緣特性，這使其特別適合制作電子外殼。

△Oresat 采用三頻 4 元件天線系統(tǒng)，盡管空間狹窄，但仍可完全運行。

Windform衛(wèi)星應用

我們已經(jīng)談論了很多關于 3D 打印Windform 如何用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器的內(nèi)容，但確切了解 3D 打印哪些部件以及原因是很有趣的。CRP 3D 打印技術的一種常見用途是創(chuàng)建可以安全、緊密地安裝電子設備的復雜結構。該公司解釋道：“Windform 克服了緊湊型衛(wèi)星中多個板之間布線的復雜性挑戰(zhàn)�！�

例如，在 TuPOD 衛(wèi)星中，CRPUSA 3D 打印了一個光滑的圓柱體，除了專門設計用來容納帶有電子器件的單板下部分外，沒有任何空腔。得益于3D 打印設計和 Windform XT 2.0 的強度，電子板得到了充分的保護，免受 TubeSat 集成過程中可能發(fā)生的損壞。

CRP 還協(xié)助波特蘭州立航空航天學會(PSAS) 最近計劃的俄勒岡航空航天任務生產(chǎn)定制 3D 打印組件。最終目標是開發(fā)真空密封部件，能夠有效地將多個電子元件安裝在狹小的空間內(nèi)，同時還能對它們進行絕緣。通過使用非導電 Windform LX 材料，PSAS 能夠制造出滿足三頻段、四元件天線的封裝密度需求的外殼。

PSAS 團隊的一名成員說道：“據(jù)我們所知，沒有任何其他衛(wèi)星具有這種天線密度。我們非常高興找到 CRP 的 Windform LX。它絕對改變了我們設計衛(wèi)星所有部件的方式�！� CRP的高性能復合材料還被用于生產(chǎn)下一代微型衛(wèi)星的結構部件。

△CRP 技術適用于 FLYING-CAM 最大、功能最齊全的超級無人機，具有增強的耐用性。

讓太空觸手可及

Windform 材料和 3D 打印的使用在微型衛(wèi)星的擴散中發(fā)揮了重要作用，幫助軌道系統(tǒng)從一項為資金雄厚的研究組織和航天機構保留的利基技術發(fā)展為每個人都更容易使用的技術。增材制造空間技術的民主化有可能改變國家和公司等，因為它允許前所未有地獲取有關我們世界的信息和見解。CRP 設想，由于特定增材制造材料和技術的廣泛應用，太空探索將在未來得到擴展。微型衛(wèi)星是這一進步的一部分，這些小型設備如今可用于多種用途，從簡單的觀測到更復雜的數(shù)據(jù)收集和探索。

CRP 表示：“Windform 中 3D 打印技術的使用徹底改變了微型和納米衛(wèi)星的開發(fā)并使之民主化。這些衛(wèi)星的特點是質(zhì)量輕、標準化高，并且使用商業(yè)組件，從而大大降低了成本和開發(fā)時間�！敝档米⒁獾氖�，微型衛(wèi)星的開發(fā)只是CRP集團在航空航天領域發(fā)揮作用的領域之一。

△新一代飛機采用尖端 Windform 組件，可顯著降低噪音和摩擦。

下一代飛機實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

CRP 集團的 Windform 材料也被用于開發(fā)以效率為優(yōu)先設計的新一代飛機。這些飛機采用了尖端的 Windform 組件，帶來了明顯的改進。在一個用例中，3D 打印發(fā)動機組件在生產(chǎn)飛機發(fā)動機方面發(fā)揮了關鍵作用，與現(xiàn)有的高效發(fā)動機相比，效率提高了 10%。這一成就是提高現(xiàn)代飛機性能和可持續(xù)性的持續(xù)努力的一個重要里程碑。

CRP公司表示：“該項目的主要成就在于部件的強度、輕便性以及纖薄性。該發(fā)動機的部件首次經(jīng)過測試并獲得批準，因為它們能夠提高速度性能，同時減少噪音和摩擦�！� 該用例的細節(jié)大多未公開，但已成功通過了漫長而復雜的試驗，目前正進入下一階段的常規(guī)生產(chǎn)交付。

無人機和無人機是 CRP 集團的另一個重要垂直領域，該公司提供生產(chǎn)飛行就緒結構、支架和推進系統(tǒng)等輕型部件、替換部件、遙控器等的服務。

最終，CRP 集團的技術，特別是其堅固的 Windform 材料，能夠為更廣泛的組織、研究人員和初創(chuàng)公司解鎖航空航天應用，幫助開創(chuàng)一個新時代。