2024年NASA拨款重点关注顶级3D打印技术，含SiC/大型桁架/在轨打印实时监测

6月20日，3D打印技术参考注意到，美国国家航空航天局（NASA）再次向近250家小型商业团队提供资金来开发尖端技术。今年的第一阶段小型企业创新研究（SBIR）和小型企业技术转让（STTR）计划获奖者正在解决碳中和和能源存储等关键优先事项。在这些项目中，有六个项目因其对3D打印的创新应用而脱颖而出。

SBIR和STTR计划帮助美国各地的小型企业和研究机构开发新技术。对于2024年，NASA为这些倡议分配了4485万美元，每个入选的团队将获得15万美元来测试他们的想法是否可行。值得一提的是，34%的获奖者是首次获得NASA SBIR/STTR奖项的。 NASA每年都会在SBIR和STTR获奖者中关注众多3D打印项目，3D打印技术参考注意到，往年的资助项目包含复合材料3D打印、蓝色激光3D打印以及各类太空3D打印应用等。 3D打印已成为该机构创造对空间探索至关重要的复杂、轻量级和高效结构的关键。 今年的3D打印获奖者专注于开创性领域，从创建先进的碳化硅（SiC）光学器件到构建月球基础设施。

3D打印碳化硅空间光学器件

Additive Innovations公司计划通过3D打印碳化硅（SiC）来改进空间光学系统。SiC是一种理想的空间光学材料，它具有轻量、高刚性和低热膨胀性。传统上，SiC的制造既困难又昂贵。该公司计划通过3D打印来简化制造过程，使其更具成本效益和精确度。有了NASA的资金支持，该团队表示将提高其制造精确SiC部件的能力。他们还将研究如何预测SiC材料对温度变化的响应，并使其更加致密。这项技术最初将用于小型卫星，但未来可能扩展到更大、定制形状的光学部件以及其他应用，如汽车零部件和热交换器。

下图为中科院上海硅酸盐所使用升华三维设备3D打印的碳化硅反射镜

这些光学系统对于望远镜的反射镜、传感器、相机、通信系统以及分析天体的仪器至关重要。领导这个项目并为此付出专业知识的是Additive Innovations的总裁Andrew Klein，他曾在ExOne担任了八年的研发总监。3D打印技术参考猜测，这项研究会不会将采用粘结剂喷射技术？在国内，峰华卓立利用粘结剂喷射技术开发了SiC材料。

在轨3D打印实时监测

Advent Innovations公司致力于确保太空制造中的质量问题。该项目涉及开发一种红外热成像系统，用于3D打印过程中的实时缺陷检测。这一技术对验证太空中打印部件的完整性至关重要，例如任务物流所需的工具和组件。Advent Innovations公司通过将可移动的、非接触式的红外摄像头与挤出机头集成，旨在在构建过程中检测和消除缺陷，确保从打印时刻起部件就符合必要的标准。

在轨道、月球或火星上进行可持续和灵活的太空任务是至关重要的。太空制造允许根据需求创建关键物资，如工具、支架和其他用于任务物流和维修的组件。自2014年在国际空间站（ISS）上首次展示3D打印以来，已在太空中打印了许多部件，主要使用聚合物材料。

FDM技术实时监控原理

然而，目前太空中的检查仅限于打印后的“目视检查”。Advent Innovations公司希望通过创建一个在打印过程中检测缺陷的系统来改变这一现状。在地球上，红外热成像技术通过生成实时图像来发现缺陷并验证材料的完整性。这种方法可以帮助太空中的打印部件立即满足标准。随着欧洲航天局最近将一台金属3D打印机送到国际空间站，太空制造的重要性日益凸显。这个项目对于确保太空中3D打印部件的可靠性至关重要。

空间大型桁架3D打印技术

Branch Technology公司希望利用其自由形态3D打印技术在月球表面建造大型桁架结构。基于桁架的结构由相互连接的三角形单元组成，使用极少的材料即可创建坚固且稳定的框架。这项技术允许材料在自由空间中沉积并固化，形成既轻便又坚固的结构。这些结构可以支持月球上的电力生产和通信，展示了3D打印技术在大型月球项目中的潜力。

Branch Technology公司的3D打印技术

大型桁架3D打印在太空中的价值在于其能够构建出既坚固又轻质的支撑结构，这些结构不仅能够在极端太空环境中保持稳定，还能有效支撑太阳能板、通信天线等关键设备，为深空探测和长期驻留任务提供可靠的基础设施支持。通过3D打印技术，大型桁架可以实现在轨制造，大大提高了太空任务的灵活性和可持续性。

3D打印轻量级旋转爆震发动机

优化旋转爆震火箭发动机（RDRE）的设计和性能是一项复杂的任务，因为其中涉及的物理学原理十分复杂。RDRE是一种先进的推进系统，通过连续的爆震来产生推力。这项技术由NASA开发，相对较新，并一直在NASA和其他组织的积极研发中，有望提高燃料利用率和产生更大的功率，这对于深空任务至关重要。

尽管NASA已经成功测试了RDRE，展示了其潜力，但工程公司Quadrus希望通过结合先进的模拟策略和3D打印技术来改进其性能。他们的目标是创造一种轻量级的RDRE，在减少硬件质量的同时最大化推力和效率。

NASA旋转爆震发动机与Quadrus公司3D打印的组件

3D打印将被用于制造RDRE的组件，确保它们既轻便又结构坚固。这项研究的目的是填补RDRE开发中的技术空白，并计划通过热试发射验证这种方法，最终为NASA的发动机综合性能计划做出贡献，同时推动火箭推进技术的发展。3D打印技术参考注意到，Quadrus公司与NASA最新的合作成果为，双方采用SLM 3D打印工艺开发了一款双金属结构旋转爆震火箭发动机喷射器，并将于今年夏季测试。

其他项目还包括大型3D编织预成型复合材料用于热保护，一家名为Dynovas的公司正在利用其高级压力树脂传递模塑 (DAP-RTM) 系统应对挑战，该系统改善了树脂在材料中的流动，更有效地预处理预成型件，并使用量身定制的机械注射技术来确保最终产品致密且可靠。同时，该系统能以更低的成本、更高效的方式生产更高质量的3D编织复合材料。

最后一项计划使用3D打印和电化学技术来改进航天器上使用的放射性同位素电力系统 (RPS) 的绝缘性能。通过SBIR和STTR计划，NASA继续为开创性的创新铺平道路，这些创新将塑造太空探索及其他领域的未来。通过对3D打印技术的投资，该机构正在获得更多的任务能力，并为商业应用开辟新的途径，帮助充分发挥增材制造在太空和地球上的潜力。

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