未来卫星的探路者，3D 打印GPS全向天线

▲ 3D打印天线

© 洛克希德·马丁

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打印天线

© 3D科学谷白皮书

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。

零件的认证是关键，尤其对于3D打印-增材制造的零件来说。洛克希德马丁公司在 2015 年秋季制作了第一个全向天线原型。从那时起，天线经历了严格的鉴定过程。这包括让产品经受极端温度和摇晃，以证明它可以在恶劣的太空环境中“生存”下来。

由于该天线是通过3D打印-增材制造生产的，因此该天线的资质认证特别严格。该团队不仅必须对制造硬件的过程进行鉴定，而且还必须对他们使用的铝材料进行鉴定，这是一种基于铝6061的合金，通过验证这种铝合金通过3D打印可以获得稳定的质量，每次都具有相同的射频特性，成功完成资格鉴定后，3D打印随着自身技术的发展进入到该天线的量产应用领域。

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。

跟3D科学谷《由卫星天线支架制造，看整体增材制造解决方案重定义零件生产》一文，通信卫星市场竞争激烈，制造商不得不生产“更多、更快、更便宜”的产品，增材制造等新的创新技术已经成为提高卫星产量的关键。

© 3D科学谷白皮书

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。