任何发射到轨道上的卫星的一个关键部分是其天线。然而，挑战在典型的卫星碟形天线又大又重，而且难以舒适地装入任何合理大小的火箭整流罩。因此，位于马萨诸塞州剑桥市的三菱电气研究实验室（MERL）的研究人员想，如果卫星简单地跳过整个问题会怎样？也就是说，不要把整个过大的天线组件与卫星一起带入太空，而是在卫星到达轨道后进行3D打印。

事实上，三菱电气研究实验室（MERL）已经开发了一种在轨天线3D打印技术，该技术使用光敏树脂，通过太阳紫外线硬化。研究人员说，这种新技术有可能使天线实现比较高的增益和比较宽的带宽（这需要一个大的天线），同时仍然保持从地球上发射的卫星的重量和体积。

在轨道上打印天线也解决了另一个大问题。从地面发射的卫星在起飞时承受了巨大的振动压力。因此，卫星的每一个部分，包括天线盘和支架都必须被过度建造以承受巨大的压力。这增加了天线的重量和成本，因此也增加了发射的成本。

当然，如果天线是在太空中制造的，这些困难都不需要困扰设计卫星的工程师。

1、成本降低60%

根据3D科学谷，目前3D打印天线的材料种类繁多，大致包括混合材料（金属油墨与非导电材料的混合等等），陶瓷，金属材料。在3D科学谷看来，3D打印在天线制造方面具有两大技术逻辑：3D打印实现更复杂更精致的结构提升天线性能；3D打印实现轻量化、结构一体化的天线结构更节约材料与空间占用、更紧凑。

全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。洛克希德·马丁的3D打印全向天线生产速度更快，成本降低 60%，并能承受恶劣的太空环境。

天线是航天器遥测、跟踪和指挥子系统的一部分，负责发送和接收信号。全向天线是一种泪滴状的硬件，可以让卫星与地球上的地面系统进行通信。洛克希德·马丁 新的 3D 打印全向天线的形式与其前身相似，但它现在是一个整体，而不是由多个部件组成，否则需要手工焊接在一起。

新天线包含独特的几何特征，只能使用3D打印-增材制造来制造。这些功能特别有助于减少与天线制造过程中的电镀和焊接操作相关的缺陷。

3D打印过程比以前的生产方法要快得多，以前的生产方法必须采购材料、切割零件、手工焊接硬件和测试。通过3D打印，可以立即打印出天线，并且组装时间更少。这种“Go-Fast”生产率也降低了成本。通过整合这些数字工具和先进的制造方法，洛克希德马丁公司已经实现了大约 60% 的成本节约。

3D打印以精微材料为起点、以数字化控制为手段，将传统上材料选择制备和工艺加工的串行过程转变为成性和成形的并行过程。

2、3D打印还能做什么

1）汽车零部件

近日，宝马集团宣布好消息，与12个合作伙伴共同启动的IDAM(增材制造工业化和数字化)项目取得了成功，两条全自动3D打印汽车生产线即将投入运营。其中一条在宝马集团慕尼黑的工厂，使用激光粉末床熔合 (LBPF) 结合人工智能和机器人技术，每年能够实现批量生产约50,000个相同的零件以及超过10,000个单个零件和备件。

此项目其实在三年前就已启动，目前能取得成功，也进一步表示3D打印技术已深入应用到汽车制造领域中。

据国外SmarTech Analysis的预测，从2021年到2030年，3D打印在汽车行业的应用将以19.1%的速度增长，3D打印在汽车供应链中的使用将进一步提升。

2）建筑物

2022年5月9日，中国建筑材料科学研究总院有限公司水泥新材院通过专利合作条约申请的国际发明专利“基于3D打印制备建筑结构的设备及方法”被美国专利与商标局授予专利权。

本次授权的国际专利不仅是中国建材总院水泥混凝土3D打印领域第一个美国专利，同时也是世界上首个提出包含“U型筋”、“射钉”成套技术的层间纵向自动配筋专利。

据相关报道称，中国正在利用人工智能实质上将青藏高原上的羊曲大坝项目打造成全球上最大的3D打印建筑物。

建筑涉及钢筋、混凝土等工艺，工程结构性很复杂。与传统钢筋混凝土相比，3D打印切片建造方法的优势在于混凝土材料的拓扑优化分布，更高效地发挥了混凝土材料的受压性能。

在国内，整个项目都采用3D打印技术的案例并不多见。但深信，随着应用范围的加宽加深，3D打印在建筑行业将展现出巨大潜力。

3、下一步是什么？

3D打印的全向天线现已集成到 GPS III 太空飞行器上，预计将于 2026 年发射到太空。合格的工艺和设计接下来将用于所有未来的 GPS IIIF 卫星。

GPS IIIF 舰队将带来更多功能，包括增强精度的激光后向反射器阵列、全数字导航有效载荷和区域军事保护能力，可提供高达 60 倍的战区抗干扰能力。

据悉，这种天线不仅适合 GPS 项目，它是其他任务中相对常见的硬件，因此可以用于洛克希德马丁公司产品组合中的其他航天器。另外，还是提高洛克希德马丁公司生产简单组件（如支架）以及复杂硬件构建速度的探路者。

值得注意的是完整金属增材流程包括了从设计、材料、工艺到后处理的所有制造环节。采用增材制造技术生产的零件，尤其是金属零件几乎都需要经过后处理才能使用，而这在前端设计的时候就需要考虑到工件在不同工艺之间流转会遇到的加工余量、结构倾斜以及应力避免等问题，复杂零件的CNC加工也需要运用专门设计的夹具。这要求应用端的从业者既懂得传统机加的特点，又懂得增材制造的特殊性。

文章来源： 智能制造网，智科院，3D科学谷