3D Systems与NASA等多家机构联手，推进航天先进热控制系统研究
2025年6月4日，南极熊获悉，业界领先的 3D 打印公司 3D Systems正与宾夕法尼亚州立大学和亚利桑那州立大学的研究人员合作，开展两个由NASA 资助的项目，旨在重新定义太空热管理。这些项目旨在解决可能损害航天器敏感部件的极端温度波动问题，而极端温度波动是导致任务失败的主要原因。
3D Systems利用直接金属打印(DMP) 技术、定制材料和 Oqton 的 3DXpert 软件，帮助设计用于卫星和探测航天器的下一代散热系统。
△3DSystems 的 DMP Flex 200 金属 3D 打印机。
其中一个项目由宾夕法尼亚州立大学、亚利桑那州立大学和美国宇航局格伦研究中心牵头，并与3DSystems的应用创新小组合作，重点研究钛基热管散热器。这些组件采用增材制造技术，内置嵌入式高温被动热管，比现有解决方案重量减轻50%，工作温度更高，从而改善了高功率系统的散热性能。
第二项计划由宾夕法尼亚州立大学和美国宇航局格伦中心牵头，更进一步，生产出首批采用镍钛诺形状记忆合金 (SMA) 制成的功能部件之一。这些散热器在受热时会被动展开，无需在太空中使用电机或执行器。SMA 散热器的展开与收起面积比是传统解决方案的 6 倍，这对于立方体卫星和小规模任务而言是一次飞跃。
△a. 增材制造形状记忆合金 (SMA) 散热器概念图，其径向热管分支可从紧凑的收纳状态展开；b. 带有高柔顺性波纹管热管臂的 SMA 原型演示器；c. SMA 分支波纹管热管的热图像，显示工作状态接近等温。图片由宾夕法尼亚州立大学提供。
传统热管需要复杂的制造工艺来打造内部的毛细结构。此次，研究团队使用 3DXpert 软件将多孔网络直接嵌入管壁，并使用 DMP 对钛和镍钛合金材料进行单片打印。钛水热管在 230°C 的温度下仍能可靠运行，重量仅为 3 千克/平方米（仅为标准型号重量的一半），符合NASA 的性能和发射成本基准。
△a. 增材制造的高温钛合金热辐射器原型，内嵌分支热管网络（75×125 毫米和 200×260 毫米面板）；b. 散热器 X 射线 CT 扫描，显示用于被动流体循环的内部多孔芯吸层；c. 宾夕法尼亚州立大学博士生 Tatiana El Dannaoui 正在热真空测试设施中安装散热器原型，以模拟太空环境运行；d. 热管散热器在真空室内运行的热图像。图片由宾夕法尼亚州立大学提供。
SMA 散热器同样带来显著优势：重量减轻 70%（<6 千克/平方米 vs. 19 千克/平方米），且展开/收起面积比提升 12 倍。材料的形状记忆特性能够通过内部流体热量激活，从而实现无驱动展开。
宾夕法尼亚州立大学副教授亚历克斯·拉特纳 (Alex Rattner) 表示：“我们与 3D Systems 的长期研发合作关系为 3D 打印在航空航天应用领域的开创性研究提供了支持。”
3D Systems 已经交付了超过2,000 个结构部件和 200 个无源射频部件，这些部件目前正在飞行中，硬件集成到超过 15 颗活跃卫星中。
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