欧洲航天局测试3D打印的PEEK塑料立体小卫星

着卫星技术与应用的不断发展，人们在要求降低卫星成本、减小风险的同时，迫切需要加快卫星开发研制周期。特别是单一任务的专用卫星，以及卫星组网，更需要投资小、见效快的卫星技术。小卫星技术因此应运而生。哈佛-史密森天体物理研究中心航天历史学家Jonathan McDowell说：“10年之后，小卫星将为科研作出巨大贡献，绝非仅仅是露一下脸而已。”

欧洲航天局(ESA)已经推出了一项新的3D打印CubeSat立体小卫星项目，材质为PEEK塑料。随着第一次测试运行正式进行，欧空局旨在使这些3D打印的微型卫星投入商业应用，并配有内部电气线路。而仪器、电路板和太阳能电池板只需要插入即可。

欧洲航天局看好PEEK在航天领域的应用前景，欧洲航天局空间材料与技术专家Ugo Lafont解释说：“PEEK是一种热塑性塑料，在强度、稳定性和耐温性方面具有非常好的固有性能，熔点在370℃左右。 PEEK非常强大，可以替代某些金属部件。”

欧洲航天局已经开始与葡萄牙聚合物工程公司PIEP建立新的合作伙伴关系。这种合作伙伴关系将共同创造了一种可3D打印的PEEK，通过向材料中加入特定的纳米填料而具有导电性。

Ugo Lafont指出：“PEEK塑料通过与不同的材料混合，根据需要调整其性能，使其具有更强的机械性能或更轻薄。在这种情况下，这种纤维增强的PEEK材料可以用作我们3D打印过程中的标准材料。”

代尔夫特理工大学的Lafont和Stefan Siarov展示了CubeSats的3D打印设备。Siarov指出，不仅Lafont和Siarov的3D打印PEEK立方体卫星能够在太空飞行，而且卫星身体也将具有很高的功能。这些专门的立体小卫星包含导电线，而不是通常用于连接不同CubeSat子系统的线束，从而节省时间、空间和能量。

正如Lafont指出的那样，CubeSats只是开启了3D打印PEEK可能性的一个切入点。后续方面，欧空局人类航天与机器人探索与材料的物理及化学团队之间将开展新合作，开发出空间优化的PEEK打印机。针对零重力情况下做3D打印测试，这样3D打印机最终将在国际空间站上为宇航员服务。

Lafont声称，这一愿景将使新的空间维护策略成为可能。 “空间站宇航员需要各种物品，所有物品目前需要从地球运输：从螺丝刀、水阀到密封容器等等的一切。所有这些以后可以通过3D打印出来，甚至包括牙刷 – 因为PEEK是生物相容的。”

图： PEEK材质的3D打印零件

Lafont认为“比起从地球运输过去，在轨道上3D打印这些物品会更便宜，并且会改变材料循环利用的方式。由于这些塑料制品随后可以回收利用，所以我们减少了空间材料的浪费，并开始使人类在宇宙中更加自给自足。”

立方体卫星于1999年首次面世时原本用于教育领域。它体形小、制作简单，即便是本科生也能制作出来。此外，它还具有标准化的体积，方便火箭容纳。斯坦福大学航空工程师Robert Twiggs和加州州立理工大学卫星部一道设计了一款边长10厘米的小盒子。这个体积恰好足够装下通信单元、太阳电池板、一块电池和一些附属物，以上物品总重大约只有1000克。

此后，立方体卫星势不可挡。2010年，美国宇航局(NASA)启动了立方体卫星发射倡议，每年为12颗或者更多通过申请的研究项目免费运送立方体卫星升空。

根据卫星的质量，通常将小于1000公斤的卫星称为广义的小卫星，其中，将500-1000公斤的卫星称为小卫星，100-500公斤的卫星称为微小卫星，10-100公斤的称为显微卫星，小于10公斤的称为纳米卫星，而小于1千克的为芯片卫星。

3D科学谷认为从金属到高性能材料的转换目前是航空航天市场的一个既定趋势。随着欧航局的这一应用走向商业化，3D科学谷认为将有更多的研究机构加入PEEK材质的3D打印立体卫星研究开发阵营。

PEEK树脂在欧洲市场的增长尤以汽车零部件制品市场的增长最为迅速，特别是发动机周围零部件、变速传动部件、转向零部件等都选用了PEEK塑料代替一些传统的高价金属作为制造材料。随着汽车行业适应微型化、轻量化以及降低成本的要求，PEEK树脂的需求仍将不断增长。

据知名市场调研机构Research and Markets预测，2018年全球PEEK将迎来需求高峰。届时其市值将破八亿大关，升至8.31亿美元。目前而言，欧洲仍是全球最大的PEEK交易市场。与发展中国家相比，西方发达国家对PEEK的需求依旧占据主导地位。PEEK树脂将会在汽车领域、飞机制造、电子电器、工业制造以及医疗等领域扩大应用范围。

在航天领域，牛津性能材料(OPM)已被选定为波音CST-100火箭飞船提供3D打印的结构件，OPM已经开始出货OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飞船被设计为可运输多达七名乘客，或混合船员和货物，在低地球轨道运行–这个火箭飞船隶属于NASA的商业乘员计划合作项目。

下一步，3D科学谷认为更多的PEEK将占据我们关注的3D打印航天应用市场。