歐洲航天局測試3D打印的PEEK塑料立體小衛星

著衛星技術與應用的不斷發展，人們在要求降低衛星成本、減小風險的同時，迫切需要加快衛星開發研制周期。特別是單一任務的專用衛星，以及衛星組網，更需要投資小、見效快的衛星技術。小衛星技術因此應運而生。哈佛-史密森天體物理研究中心航天歷史學家Jonathan McDowell說：“10年之后，小衛星將為科研作出巨大貢獻，絕非僅僅是露一下臉而已。”

歐洲航天局(ESA)已經推出了一項新的3D打印CubeSat立體小衛星項目，材質為PEEK塑料。隨著第一次測試運行正式進行，歐空局旨在使這些3D打印的微型衛星投入商業應用，并配有內部電氣線路。而儀器、電路板和太陽能電池板只需要插入即可。

歐洲航天局看好PEEK在航天領域的應用前景，歐洲航天局空間材料與技術專家Ugo Lafont解釋說：“PEEK是一種熱塑性塑料，在強度、穩定性和耐溫性方面具有非常好的固有性能，熔點在370℃左右。 PEEK非常強大，可以替代某些金屬部件。”

歐洲航天局已經開始與葡萄牙聚合物工程公司PIEP建立新的合作伙伴關系。這種合作伙伴關系將共同創造了一種可3D打印的PEEK，通過向材料中加入特定的納米填料而具有導電性。

Ugo Lafont指出：“PEEK塑料通過與不同的材料混合，根據需要調整其性能，使其具有更強的機械性能或更輕薄。在這種情況下，這種纖維增強的PEEK材料可以用作我們3D打印過程中的標準材料。”

代爾夫特理工大學的Lafont和Stefan Siarov展示了CubeSats的3D打印設備。Siarov指出，不僅Lafont和Siarov的3D打印PEEK立方體衛星能夠在太空飛行，而且衛星身體也將具有很高的功能。這些專門的立體小衛星包含導電線，而不是通常用于連接不同CubeSat子系統的線束，從而節省時間、空間和能量。

正如Lafont指出的那樣，CubeSats只是開啟了3D打印PEEK可能性的一個切入點。后續方面，歐空局人類航天與機器人探索與材料的物理及化學團隊之間將開展新合作，開發出空間優化的PEEK打印機。針對零重力情況下做3D打印測試，這樣3D打印機最終將在國際空間站上為宇航員服務。

Lafont聲稱，這一愿景將使新的空間維護策略成為可能。 “空間站宇航員需要各種物品，所有物品目前需要從地球運輸：從螺絲刀、水閥到密封容器等等的一切。所有這些以后可以通過3D打印出來，甚至包括牙刷 – 因為PEEK是生物相容的。”

圖： PEEK材質的3D打印零件

Lafont認為“比起從地球運輸過去，在軌道上3D打印這些物品會更便宜，并且會改變材料循環利用的方式。由于這些塑料制品隨后可以回收利用，所以我們減少了空間材料的浪費，并開始使人類在宇宙中更加自給自足。”

立方體衛星于1999年首次面世時原本用于教育領域。它體形小、制作簡單，即便是本科生也能制作出來。此外，它還具有標準化的體積，方便火箭容納。斯坦福大學航空工程師Robert Twiggs和加州州立理工大學衛星部一道設計了一款邊長10厘米的小盒子。這個體積恰好足夠裝下通信單元、太陽電池板、一塊電池和一些附屬物，以上物品總重大約只有1000克。

此后，立方體衛星勢不可擋。2010年，美國宇航局(NASA)啟動了立方體衛星發射倡議，每年為12顆或者更多通過申請的研究項目免費運送立方體衛星升空。

根據衛星的質量，通常將小于1000公斤的衛星稱為廣義的小衛星，其中，將500-1000公斤的衛星稱為小衛星，100-500公斤的衛星稱為微小衛星，10-100公斤的稱為顯微衛星，小于10公斤的稱為納米衛星，而小于1千克的為芯片衛星。

3D科學谷認為從金屬到高性能材料的轉換目前是航空航天市場的一個既定趨勢。隨著歐航局的這一應用走向商業化，3D科學谷認為將有更多的研究機構加入PEEK材質的3D打印立體衛星研究開發陣營。

PEEK樹脂在歐洲市場的增長尤以汽車零部件制品市場的增長最為迅速，特別是發動機周圍零部件、變速傳動部件、轉向零部件等都選用了PEEK塑料代替一些傳統的高價金屬作為制造材料。隨著汽車行業適應微型化、輕量化以及降低成本的要求，PEEK樹脂的需求仍將不斷增長。

據知名市場調研機構Research and Markets預測，2018年全球PEEK將迎來需求高峰。屆時其市值將破八億大關，升至8.31億美元。目前而言，歐洲仍是全球最大的PEEK交易市場。與發展中國家相比，西方發達國家對PEEK的需求依舊占據主導地位。PEEK樹脂將會在汽車領域、飛機制造、電子電器、工業制造以及醫療等領域擴大應用范圍。

在航天領域，牛津性能材料(OPM)已被選定為波音CST-100火箭飛船提供3D打印的結構件，OPM已經開始出貨OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飛船被設計為可運輸多達七名乘客，或混合船員和貨物，在低地球軌道運行–這個火箭飛船隸屬于NASA的商業乘員計劃合作項目。

下一步，3D科學谷認為更多的PEEK將占據我們關注的3D打印航天應用市場。