2025年12月26日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队近日开发出一项基于增材制造的先进工艺，可将预制的二维碳纤维复合材料，在低能耗刺激下于太空中自主形变为精密的三维结构。这项技术有望革新航天器与卫星部件的在轨制造与部署模式。
由于将卫星天线等大型结构运送到太空成本高昂，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的航空航天工程博士生Ivan Wu和Jeff
Baur教授开发了一种节能制造工艺。它的核心在于融合两项关键技术：一是由贝克曼研究所合作团队研发的节能纯树脂体系，二是能够生产航空航天级复合材料结构的连续碳纤维3D打印机。使用该打印机，将直径与头发丝相当的碳纤维束沉积在打印平台上，进行压缩，并用紫外光进行部分固化。
3D打印实现复合材料智能形变
打印完成后，纤维结构会被嵌入液态树脂中并冷冻。当需要三维结构时，低能量的热刺激会激活化学反应，固化树脂并将平面复合材料转化为曲面形状。这种被称为正面聚合的工艺无需大型烘箱或高压釜。至关重要的是，同样的小型热触发装置可以激活任意尺寸的结构，使得该方法可扩展应用于大型航天部件的制造。
研究中的关键挑战在于通过二维纤维排布精确控制三维形变。Ivan Wu为此开发了专用数学模型与代码，成功演示了包括螺旋圆柱体、圆锥、鞍形及抛物面天线在内的五种复杂构型。其中抛物面天线的平滑曲率模拟了卫星天线的可展开结构，显示出明确的航天应用价值。
受传统工艺剪纸艺术的启发，Wu教授通过精确控制纤维的弯曲，而非折叠，成功实现了平滑的曲率。为了平衡柔韧性和刚度，该复合材料采用较低的纤维体积分数。尽管最终的刚度尚不足以直接应用于太空结构，研究人员提出可以将这种变形后的形状作为可重复使用的模具，进而在轨道上生产具有更高刚度的复合材料。
这一技术不仅对航天器的制造具有深远影响，还可以应用于地球上的偏远环境，制造可部署的结构。Wu教授指出，未来随着技术的成熟，这一方法有潜力在更多领域找到广泛应用。
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