伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队宣布，航天工程博士生Ivan Wu及其导师Jeff Baur开发出一种节能技术，可使平面二维复合材料在太空部署后自主变形为三维曲面结构。

这项研究已发表于《Additive Manufacturing》期刊，题为《通过增材制造和前沿聚合快速成型可编程形状形态发生复合材料》。

先前低能量变形方法生成的结构刚度不足，难以满足航天应用要求，Wu和Baur的研究突破了这一局限。

该方法融合了两项关键技术：由贝克曼研究所合作团队开发的节能纯树脂系统，以及可制造航天级复合材料的连续碳纤维3D打印机。

利用该打印机，将直径近似人发的碳纤维束沉积于打印平台，经压缩后通过紫外光进行部分固化。

随后，将打印的纤维结构嵌入液态树脂并冷冻。当需要三维结构时，低能量热刺激可激活化学反应，使树脂固化并将平面复合材料转为曲面形态。

这一称为“前沿聚合”的过程省去了大型烘箱或高压釜的需求。关键的是，同一小型热触发机制可激活任意尺寸的结构，使该方法具备制造大型空间部件的扩展性。



主要技术挑战在于解决“逆向问题”：确定实现目标三维形状所需的精确二维纤维排布模式。

Wu开发了数学模型和代码以编程控制打印机，展示了五种形态——螺旋圆柱体、扭转体、圆锥体、鞍形面和抛物面碟形。抛物面碟形结构尤其重要，因其复现了可展开卫星天线所需的平滑曲率。

受日本剪纸艺术启发，Wu通过受控弯曲而非折叠实现平滑曲率。为实现变形，复合材料采用低纤维体积分数，平衡柔性与刚性。

尽管成品刚度尚不足以直接用于太空结构，但研究者提出可将变形结构作为可重复使用的模具，在轨道上制造高刚度复合材料。

Wu指出，相同材料与工艺也可应用于地球偏远环境中的可展开结构。