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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(guó)國(guó)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(guó)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(guó)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(chǎng)。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(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間來(lái)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(lái)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(cè)

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(lái)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(cè)，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(lái)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(wú)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(yáng)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(zhǎng)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(lái)簡(jiǎn)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(guó)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(jiǎn)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(cè)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(wú)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(cè)提供CT掃描策略，使用串行切片作為基礎(chǔ)真相比較來(lái)評(píng)估CT中的缺陷檢測(cè)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(lái)制造和測(cè)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(cè)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(cè)。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(shì)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(cè)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(cè)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(cè)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(guó)海軍潛艇的空氣振興，商用和軍用飛機(jī)，未來(lái)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(lái)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(cè)試產(chǎn)品的制造和測(cè)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(cè)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(lái)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(lái)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(cè)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)。