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笔者注意到，Velo3D近日展示了其无支撑金属3D打印技术的最新应用案例——为美国空间动力学实验室（SDL）开发的小型卫星推进系统贮罐。
这款产品采用钛合金3D打印技术一体制造，目前已经获得SDL的认证，适用于肼或离子液体推进系统。
传统卫星贮罐多为球形或圆柱形，放入立方体状的卫星舱体后，大量空间被浪费，体积利用率低。
在结构组成方面，传统工艺制造的贮罐通常需要将罐壳分半加工，还要单独制造推进剂管道，再将三者焊接在一起，零件数量多、工序繁琐，焊缝风险也高。
SDL的方案是，将贮罐设计为适配立方体卫星舱体的长方体异形结构，并直接将推进剂管道与贮罐设计为一体结构，整个钛合金罐体一体3D打印、无需焊接。
这一方案带来明显的性能提升，其中一个被称之为速度增量（Δv）的关键指标得到了显著提升，它对航天器能完成的轨道任务的复杂程度有重要影响。
此外，一个整体化的零件取代了过去需要焊接组合的多个部件，避免了多部件焊接带来的应力集中和潜在的泄漏风险。
重要的影响还包括制造时间的大幅缩短，它可能比一体化制造的影响更大。
这是因为，贮罐结构往往是整个航天器制造过程中花费时间最长的部件之一，传统制造方式生产一个贮罐平均需要18个月以上，而如今使用3D打印技术只需要几天时间。
在如今全球航天大国布局低轨卫星的背景下，快速制造的意义不言自明。
但它的3D打印仍然需要很高的技术水平。
从展示图可以看出，贮罐顶部几乎是一个大的平面，并没有较大角度的自支撑设计，更加突出了Velo3D公司在该技术领域确实实力强大。
虽然目前已经有很多企业表示已经攻克少支撑或无支撑打印工艺，但此类幅度的展示样品仍旧非常少见。
目前，比较公认的实现方式是分区域能量调控方法。
路径规划软件会将零件分割成不同的特征区域，为悬垂面、垂直面、内孔等不同几何特征分配特定的工艺参数组合。不过，目前更为先进的方法是是实时监控+实时能量调控的方法，其代表企业就是Velo3D和EOS。
通过闭环能量控制，无支撑悬垂的打印角度突破了10°，甚至可低至0°。这也就是我们看到的完全水平的悬垂面，直径可达几十厘米。
美国空间动力学实验室（SDL）与Velo3D合作的小卫星推进罐，正是采用无支撑打印技术才能得以成功制造。
笔者注意到，SDL团队在2024年的第38届小卫星年会上发表了相关成果，介绍了他们从设计、打印、热处理、后加工到精密清洗和全套鉴定测试的全流程经验。
从技术与商业平衡的角度来说，即便如今大多数企业难以做到像Velo3D这样大“水平面”的无支撑直接制造，但通过优化自支撑结构设计，降低制造难度，仍然可以发挥3D打印快速制造的优势。
该技术尤其能够满足当前卫星结构大批制造的市场需求。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。
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