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盤點(diǎn)2021年進(jìn)入NASA SBIR計(jì)劃的第二階段的10個(gè)3D打印

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每年，美國國家航空航天局（NASA）的小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）計(jì)劃都將合同授予全美國的小型企業(yè)，以促進(jìn)創(chuàng)新性航天技術(shù)的研究和商業(yè)化。隨著將人類重返月球的新努力臨近，比以往任何時(shí)候都更多的創(chuàng)業(yè)公司正在加緊支持該機(jī)構(gòu)即將進(jìn)行的太空探索和殖民化計(jì)劃，這項(xiàng)計(jì)劃預(yù)計(jì)將在2020年代中期投入太空。 2021年5月14日，航天局宣布投資1.05億美元，向127個(gè)美國小型企業(yè)提供140個(gè)新的II期獎(jiǎng)勵(lì)，以幫助他們將創(chuàng)新推向市場。被選中的公司中有十家將利用這筆資金開發(fā)與3D打印相關(guān)的項(xiàng)目，這是外層空間制造最有前途的技術(shù)之一。

第二階段獲獎(jiǎng)?wù)呔?/span>2020年獲得了SBIR第一階段合同，以展示其創(chuàng)新的優(yōu)點(diǎn)，并展示它們?nèi)绾螢?/span>NASA在人類探索，太空技術(shù)，科學(xué)和航空領(lǐng)域的努力做出貢獻(xiàn)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)將獲得多達(dá)750,000美元的獎(jiǎng)金，以將其技術(shù)推進(jìn)潛在的商業(yè)化，研究團(tuán)隊(duì)將花費(fèi)長達(dá)兩年的時(shí)間來開發(fā)，演示和交付其擬議的項(xiàng)目。如果他們表現(xiàn)出希望，該計(jì)劃將提供額外的資金機(jī)會(huì)，以幫助小型企業(yè)在航天局之外尋找投資者和客戶。

NASA在低地球軌道，繞月球及其表面繞行以及在遠(yuǎn)至包括火星在內(nèi)的目的地進(jìn)行的探索運(yùn)動(dòng)。圖片由NASA提供。

在即將到來的太空經(jīng)濟(jì)中受到機(jī)遇的鼓舞，在第一階段，所有選定的技術(shù)已經(jīng)在各自領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在影響。正如我們過去報(bào)道的那樣，數(shù)十家初創(chuàng)公司正在將3D打印技術(shù)用作其SBIR項(xiàng)目的基礎(chǔ)。對(duì)于這一輪特殊的融資，項(xiàng)目范圍從用于制造輻射屏蔽組件的激光增材制造（AM）系統(tǒng)到用于太空中大型金屬結(jié)構(gòu)的3D打印的新工藝。以下是創(chuàng)新的發(fā)展：

1.相對(duì)論空間的實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測

著名的3D打印火箭開發(fā)商Relativity Space已經(jīng)創(chuàng)建了世界上最大的金屬3D打印機(jī)平臺(tái)，以自動(dòng)進(jìn)行火箭制造，這被稱為Stargate工廠?，F(xiàn)在，該公司將在接下來的24個(gè)月內(nèi)努力完善其電焊AM平臺(tái)的實(shí)時(shí)原位探傷能力。這家太空初創(chuàng)公司提議發(fā)展其整套傳感器和攝像頭技術(shù)，以在其3D打印機(jī)中執(zhí)行自動(dòng)，實(shí)時(shí)的缺陷檢測，識(shí)別和校正。這可能會(huì)成為3D打印非行星飛行的關(guān)鍵推動(dòng)因素，并為NASA帶來廣泛的潛在應(yīng)用。這包括就地制造，按需制造原料以及由于有效載荷量限制而無法從地球發(fā)射的制造對(duì)象，例如可以用打印機(jī)在月球表面上制造的棲息地組件。

Relativity Space的設(shè)施包括Terran 1運(yùn)載火箭和Stargate打印機(jī)的設(shè)計(jì)，工程和生產(chǎn)。圖片由相對(duì)論空間提供。

2. IERUS Tech的Satellite 3D打印機(jī)

尋求開發(fā)在軌制造技術(shù)的是阿拉巴馬州的工程公司IERUS Technologies。該小組進(jìn)行專門的大規(guī)模AM加工，以在外部空間環(huán)境中自動(dòng)制造和維修大型結(jié)構(gòu)（例如商業(yè)衛(wèi)星）。通過利用加性摩擦攪拌沉積（AFS-D）工藝，工程師希望為修復(fù)和3D打印金屬結(jié)構(gòu)提供一條新途徑。根據(jù)該初創(chuàng)公司的建議，AFS-D可在開放的大氣條件下生產(chǎn)出完全致密的近凈形結(jié)構(gòu)，非常適合3D打印太空中的大型金屬結(jié)構(gòu)并在地球上制造大型桁架，太陽能電池板和天線反射器。

3. Advanced Cooling Tech的3D打印回路熱管

由于商業(yè)衛(wèi)星的激增，航天工業(yè)正在應(yīng)對(duì)對(duì)低成本熱控制系統(tǒng)的日益增長的需求。這使熱管理解決方案公司Advanced Cooling Technologies創(chuàng)造了3D打印回路熱管（LHP）。這種高效且靈活的裝置通常用于航天器（例如CubeSats和SmallSats），但制造成本太高。這家初創(chuàng)公司總部位于賓夕法尼亞州，使用直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）開發(fā)了一種低成本的LHP蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器省去了使LHP如此昂貴的一系列高技能，勞動(dòng)密集型步驟。該小組計(jì)劃找到一種方法來簡化用于更高功率，大型衛(wèi)星應(yīng)用，行星漫游器和著陸器的技術(shù)。

Quadrus Advanced Manufacturing具有多年為美國政府機(jī)構(gòu)提供3D打印認(rèn)證組件的經(jīng)驗(yàn)。

圖片由Quadrus Advanced Man 提供

4. Quadrus AM的衛(wèi)星服務(wù)技術(shù)

Quadrus Advanced Manufacturing將專注于一種新穎的衛(wèi)星服務(wù)技術(shù)。阿拉巴馬州的一家公司創(chuàng)建了一種3D打印的防漏裝置，可以將液體推進(jìn)劑從維修衛(wèi)星安全地轉(zhuǎn)移到客戶衛(wèi)星。其極其簡單的敏捷防漏接口（ADLI）設(shè)計(jì)使用四個(gè)3D打印部件，這些部件配置為與由鎳鈦諾形成的定制波紋管接口。 ADLI可能會(huì)插入計(jì)劃中的軌道維修任務(wù)中，例如即將推出的NASA的“在軌服務(wù)，組裝和制造-1”（OSAM-1）后續(xù)產(chǎn)品，甚至可能是在流動(dòng)站中插入的，可以將推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移到在旗艦2026年火星樣本返回任務(wù)期間發(fā)射運(yùn)載工具，以收集紅色星球上的巖石和塵埃。

5. UES的CT驗(yàn)證技術(shù)

俄亥俄州的企業(yè)UES提出了一種檢測和驗(yàn)證AM的計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）過程的方法，例如X射線CT，這是一種廣泛使用的無損評(píng)估（NDE）方法，用于3D打印組件中的質(zhì)量控制和建后檢查。在新工藝中獲得的知識(shí)將為改進(jìn)AM組件中的缺陷檢測提供CT掃描策略，使用串行切片作為基礎(chǔ)真相比較來評(píng)估CT中的缺陷檢測能力，并量化CT數(shù)據(jù)集中缺少缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。 UES在其提案中表示，已完成組件的可靠NDE仍然是廣泛使用AM組件的障礙。他們的新想法可以幫助NASA開展許多潛在的AM應(yīng)用程序和項(xiàng)目。

6. Sierra Lobo的3D 打印低溫罐

擁有超過1億美元的合同，俄亥俄州企業(yè)Sierra Lobo將與Big Metal Additive合作，使用獨(dú)特的混合添加劑方法來制造和測試低溫液化和儲(chǔ)罐，以制造具有直接集成到其墻體中的大面積冷卻通道的儲(chǔ)罐。只有使用混合添加劑技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特罐形狀可以提高推進(jìn)劑傳輸能力，并最大限度地提高航天器的包裝能力。在項(xiàng)目的第二階段，熱真空測試將驗(yàn)證過程的熱流體性能以及對(duì)第一階段開發(fā)的熱模型的預(yù)測。在最大程度地提高可重復(fù)性的同時(shí)最大程度地減少制造此類儲(chǔ)罐所需的人工時(shí)間是最大的優(yōu)勢之一這項(xiàng)技術(shù)和NASA可以將其用于登月通道，月球運(yùn)行，行星際運(yùn)行以及離地的原地資源利用。

7. Advanced Fuel Research的3D打印空氣質(zhì)量測試技術(shù)

領(lǐng)先的技術(shù)開發(fā)商Advanced Fuel Research提出了用于太空生命支持系統(tǒng)的制造和測試技術(shù)，主要用于宇航服，最終用于機(jī)艙空氣再生。由于機(jī)組人員暴露于太空中的各種污染物，因此該團(tuán)隊(duì)希望制造和測試結(jié)構(gòu)化的，基于碳的多污染物痕量污染物（TC）吸附劑，以用于艙外活動(dòng)中的太空服。在第一階段中，該項(xiàng)目成功地證明了3D打印PEEK聚合物衍生的吸附劑在去除接近7天航天器最大允許濃度（SMAC）限值的濃度的空氣中污染物氨，甲醛和甲硫醇方面的有效性。第二階段完成后，該技術(shù)可以在美國海軍潛艇的空氣振興，商用和軍用飛機(jī)，未來的綠色建筑空調(diào)系統(tǒng)以及先進(jìn)的潛水系統(tǒng)中找到應(yīng)用。

8. PolarOnyx的3D打印輻射屏蔽

專注于先進(jìn)的3D激光制造，總部位于加利福尼亞的PolarOnyx在第一階段創(chuàng)建了前所未有的激光AM系統(tǒng)，通過混合可有效屏蔽中子和伽馬射線的各種粉末來制作屏蔽輻射的組件。對(duì)于該項(xiàng)目的第二階段，該小組希望提供符合中子和伽馬輻射屏蔽要求的原型。除了NASA的輻射防護(hù)罩制造外，建議的脈沖激光AM加工也可以用于航天器，飛機(jī)和衛(wèi)星制造中。

宇航員在月球上。圖片由NASA提供。

9. Micro Cooling Concepts的3D打印的電動(dòng)飛機(jī)換熱器

為了支持NASA推進(jìn)更多電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，Micro Cooling Concepts將使用AM制造輕巧緊湊的熱交換器。該技術(shù)可以應(yīng)用于需要熱交換器的任何NASA計(jì)劃，并且重量會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生重大影響。對(duì)于該項(xiàng)目的第二階段，該提案將包括換熱器設(shè)計(jì)，子級(jí)測試產(chǎn)品的制造和測試，以及在與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的條件下的全尺寸原型制造和測試。革命性的垂直舉升技術(shù)，超高效商用車輛和先進(jìn)的航空運(yùn)輸技術(shù)只是該計(jì)劃潛在的NASA應(yīng)用實(shí)例。

10. ATA的3D編織系統(tǒng)

ATA Engineering將開發(fā)3D編織熱保護(hù)系統(tǒng)（WTPS）的軟件，這是一種生產(chǎn)TPS材料的新方法，該方法使用經(jīng)過精確設(shè)計(jì)的3D編織技術(shù)來定制材料特性，以滿足特定任務(wù)要求，以保護(hù)太空飛行器免受產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱量在大氣進(jìn)入期間。該技術(shù)有望通過在設(shè)計(jì)過程中盡早提供材料特性并縮短認(rèn)證時(shí)間來改善NASA應(yīng)用中使用的WTPS。 WTPS架構(gòu)對(duì)于NASA任務(wù)至關(guān)重要，例如火星樣本返回，高速機(jī)組人員返回，高質(zhì)量火星著陸器以及金星和天然氣/冰巨探測器。先進(jìn)的3D編織復(fù)合材料的潛在應(yīng)用包括火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴和超音速飛行器的熱保護(hù)結(jié)構(gòu)。