增材制造工艺优化卫星系统

“卫星”一词的字面翻译（“伴星”）远不足以解释这些技术设备的复杂性及其对日常生活的巨大贡献。从天气预报、信息传输到导航定位，卫星承担着多样化的任务。空中客车防务与航天公司作为全球卫星与航天运输技术的领先供应商，其西班牙子公司不仅参与卫星业务，更是本国市场最大的航空航天企业。

通过增材制造的支架可轻松承受330°C 的温度范围，满足永久性太空任务的高要求

该公司的业务范围涵盖卫星系统乃至国际空间站（ISS）组件制造。马德里总部还设有复合材料技术中心——因为在航空航天领域，创新材料与生产工艺起着至关重要的作用。由于太空环境中极端的温差变化和外部作用力，相关设备必须满足极其严苛的技术标准。为实现零部件制造的最优性能，空中客车防务与航天公司采用了包括德国EOS公司增材制造技术在内的多项先进工艺。

挑战

当前这一代卫星配备有特殊支架，用于连接卫星主体与安装在其顶端的反射器和馈源装置。空中客车防务与航天公司的工程师在设计这些固定支架时面临两大核心挑战：一方面，支架必须将设备牢固固定于卫星主体；另一方面，还需有效缓解太空中的极端温度波动。这些支架作为关键的隔热层，对卫星运行至关重要：温度范围为-180至+150℃，因此材料的应力非常大。

能满足这些严苛要求的材料极为有限。正如航空航天领域的常见解决方案，钛合金最终被证明是最合适的选择。这种材料不仅具备众所周知的轻量化和导热性优势，其密度也符合航天标准。要知道，每向太空运送1公斤物资的成本高达数万美元——具体费用取决于运载系统类型和目标轨道等因素，而六位数乃至更高的运输成本实属常态。

采用传统工艺制造的支架——尤其是其与卫星碳纤维部件的连接部位（需承受极高热应力）——未能达到空中客车防务与航天公司的技术要求。此外，后续在卫星组件上的安装过程极为耗时，亟需降低成本。为此，工程师团队开始寻求替代方案，并特别关注新一代部件的可优化设计空间。

最终选用的是德国EOS公司提供的金属部件增材制造技术。该技术既保留了钛合金这一久经验证的材料优势，又能灵活调整部件设计。正如空中客车防务与航天公司天线系统负责人Otilia Castro Matías所言：“我们研发的解决方案具备双重优势：一方面优化了生产工艺，另一方面改进了设计方案，使整个工件可一次性成型。虽说技术上这与传统‘整体切削’工艺截然相反，但实际效果却实现了‘一体成型’的完美呈现。”

设计方案确定后，随即启动标准化制造流程：工程师将CAD软件中的三维构造图纸导入EOSINT M 280生产设备，正式开始制造——激光束精准熔覆沉积的金属粉末，逐层固化成型。当精密工件制作完成时，除可重复使用的原材料外，几乎不产生任何多余废料。

成果

全新打造的支架组件完全达到了专家团队的预期标准。其最显著的突破在于整体结构的耐温性能提升——如今在20千牛顿作用力下，可长期稳定承受330℃的温差变化。此外，西班牙航天专家团队成功将馈源与副反射器组件的支架装配周期缩短了5天。目前，每颗卫星所需的三组支架总制造周期已压缩至一个月以内。

Castro Matías进一步强调：这些改进显著降低了设备在资格测试阶段因热应力导致的故障率。鉴于航天活动的高昂成本，保护硬件设备免于潜在故障显得尤为重要。增材制造工艺为项目的关键环节带来了可量化的效益，且无需在其他方面做出妥协——‘零妥协’正是工程师们梦寐以求却难得一遇的技术方案。

除技术优势外，该项目还实现了精准的成本控制：仅生产成本就降低了20%以上。更值得一提的是，工程师团队成功实现了部件“瘦身”——单个支架减重约300克，这意味着每颗卫星累计可减重近1公斤。值得一提的是，欧洲航天局（ESA）为该计划提供了支持。该项目的圆满完成，为这种高效生产技术在航空航天领域的更广泛应用铺平了道路。

采用钛合金作为卫星固定支架材料已被证明极具成效。然而，其最大弱点在于支架与馈源反射器组件碳纤维面板的连接处——此处热应力始终是重大隐患。得益于增材制造技术，研发团度成功重新设计支架结构，彻底消除了这一薄弱环节。此外还获得了多项附加优势，包括生产周期缩短、成本效益提升以及产品重量减轻。

打印设备

EOSINT M 280是金属部件增材制造系统EOSINT M 270的升级优化版本。该系统能基于三维CAD数据直接生产高品质金属部件——全自动化操作、仅需数小时即可完成，且无需任何模具辅助。

该设备可选配200W或400W固态激光器，其激光辐射质量卓越且性能稳定。激光功率监测系统（LPM）可实时监控整个制造过程，配合优化的气体管理系统，确保持续稳定的最佳加工条件，从而保障部件成型质量始终如一。系统支持氮气和氩气两种保护气氛，因此可加工多种材料：从轻金属、不锈钢到模具钢及超级合金。

经过多年研发升级的工艺软件包含一系列智能曝光策略与功能，能针对不同材料类型和应用需求优化调整制造工艺。针对EOSINT M 280，EOS提供多种粉末金属材料及配套参数组，这些参数均根据实际应用进行了优化，可生产具有标准化性能参数（PPPs）的部件。此外，EOS对所有相关产品实施严格的工艺开发流程和持续的质量保证措施，确保最高可靠性。

本系统可通过多种选配装置灵活适配不同客户需求。集成化工艺链管理（IPCM）模块能显著提升生产效率、产品质量及用户友好性，且支持随时扩展升级。EOSINT M 280系统的核心优势在于卓越的部件成型质量与人机工程学外围设计，这些特性使其成为产品全生命周期各阶段批量生产的理想工业装备——在保证经济效益的同时实现最优生产规模，完全符合工业化生产环境要求。

EOS提供涵盖CAD数据处理与生产流程追踪的多种软件套件。其中EOSTATE监控系统可实时获取任意时间节点的生产数据总览，该软件能处理自定义时段的生产数据并实现可视化呈现。通过集成的基础模块、质量保证模块、控制模块及设备集群管理（MPM）模块，全面满足用户需求，确保生产流程的可追溯性与可管理性。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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