德国弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）的研究人员开发出3D打印形状记忆聚合物铰链，可帮助卫星展开太阳能板，同时显著减少机械硬件用量。

研究人员表示，每个铰链重约1.4克，比卫星系统当前使用的传统铰链轻约93%。这些部件通过热量触发预设的形状变化，使折叠的太阳能板在发射后展开。

该开发属于Additive Manufacturing of Solar Panels for spACE applications（AM-SPACE）项目，参与方包括弗劳恩霍夫IAP、German Orbital Systems（GOS）、Orion Additive Manufacturing以及弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所（IZM）。

加热触发形状恢复

该技术使用形状记忆聚合物（SMP），这类材料可被编程为临时形状，并在加热后恢复原始形态。

研究人员将聚合物加工成适用于增材制造的丝材，并用其生产铰链以及压紧释放机构（HDRM）。后者在发射期间固定卫星部件，并在航天器入轨后以受控方式释放。

释放机构启动后，聚合物铰链利用热量展开太阳能板。加热元件将铰链温度从73.4°F升至284°F（约23°C升至140°C），触发其预设的形状恢复。在受控实验室条件下，铰链约60秒完成展开。

该方法可减少对传统机械驱动系统的需求，此类系统会增加卫星展开结构的重量和复杂性。

打印提升生产速度

研究人员还利用增材制造简化部件生产。打印一个铰链或HDRM约需15分钟，随后还需30分钟编程其临时形状。

另一种4D打印方法在制造过程中将形状变化响应直接集成到部件中。使用该方法，团队约5分钟即可生产HDRM。

研究人员表示，该方法可帮助卫星以紧凑构型发射，随后在轨展开太阳能板或天线。它还可能支持面向小型航天器的其他可激活部件。

与传统3D打印不同，4D打印引入了预设响应，使打印物体在受热等外部刺激下改变形状或功能。

该技术已完成初步实验室验证，包括洁净室测试、热循环和初步真空舱实验。其中一种聚合物还通过了西班牙国家航空航天技术研究所（INTA）开展的出气测试。

然而，这些部件尚未在轨测试，其在实际空间条件下的长期可靠性仍待确认。

German Orbital Systems已表示有兴趣在太空环境中评估这些部件，同时正在讨论可能以在轨演示为目标的后续项目。