伊利诺伊大学研究人员开发出用于太空可展开结构的3D打印方法

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发出一种方法，利用低能耗活化技术，可以将二维平面结构转化为三维曲面结构。航空航天博士生吴伊万（Ivan Wu）和他的导师杰夫·鲍尔（Jeff Baur）将连续碳纤维3D打印技术与节能树脂系统相结合，解决了将卫星天线等大型结构送入太空的难题。

形状变形
该工艺利用3D打印机制造出直径与头发丝相仿的碳纤维束，将其压缩并用紫外线进行部分固化。然后，将打印好的模型与液态树脂混合并冷冻保存，直至需要使用。当用低能量加热激活时，一种称为正面聚合的化学反应会将材料固化成所需的3D形状。

吴说：“对我来说，第一个挑战是解决逆问题。你有一个想要的3D形状设计图，但要打印出能得到该形状的2D图案是什么？我必须写出数学方程来描述这些形状，才能打印出精确的图案。”吴成功地制作了五种不同的形状，包括螺旋圆柱体、扭曲体、圆锥体、鞍形和抛物面碟形。

连续纤维3D打印机通过增材沉积技术制备纤维束，生成所需形状：a) 圆锥体，b) 马鞍形，c) 抛物面碟形。（图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）

该方法借鉴了日本剪纸艺术（kirigami），这是一种结合了切割和折叠的艺术形式。吴指出，虽然目前的刚度水平不足以满足最终空间结构的要求，但激活的形状可以作为模具，用于制造更高刚度的部件。这项由美国空军研究实验室资助的研究发表在《增材制造》（Additive Manufacturing）期刊上，DOI：10.1016/j.addma.2025.104911。

来源：aerospace.illinois.edu