美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的科研團隊近日取得一項突破性成果——開發出一種可在太空將二維結構轉化為三維形態的復合材料制造技術。這項由航空航天博士生伊萬·吳與導師杰夫·鮑爾主導的研究，通過融合增材制造與正面聚合工藝，為衛星天線等大型太空結構的運輸與組裝提供了全新解決方案。

傳統衛星天線等超大型結構因運輸成本高昂、組裝復雜，一直是航天領域的難題。研究團隊受日本折紙藝術啟發，創新性地提出"先平面打印后空間變形"的思路。他們首先使用連續碳纖維3D打印機，以直徑與人類發絲相當的纖維束為基材，在打印床上沉積出特定圖案。這些纖維束在紫外線下部分固化后，與液態樹脂共同成型并冷凍保存。

當需要構建三維結構時，僅需通過低能量熱刺激即可激活樹脂的化學反應，使其在幾分鐘內固化成預定曲面形狀。這種被稱為正面聚合的工藝，徹底擺脫了對大型烤箱或高壓釜的依賴。"就像火柴點燃紙張與房屋所需的能量相同，我們的技術無論結構大小，熱觸發能量恒定。"伊萬·吳解釋道，這種特性使其特別適合制造太空所需的超大型結構。

研究團隊成功制造出五種典型三維形狀：阿基米德螺旋圓柱體、螺旋度遞增的條帶、圓錐體、馬鞍形及拋物面碟形。其中拋物面碟形因其平滑曲面特性，最接近可展開衛星天線的實際需求。伊萬·吳特別指出，通過數學建模與程序編碼，他們解決了從三維設計反推二維打印圖案的關鍵難題，確保纖維束沉積精度達到航空航天級標準。

該技術的核心挑戰在于平衡變形能力與結構強度。研究顯示，降低纖維體積分數雖能提升材料柔韌性，但會削弱剛度。為此團隊提出創新方案：將變形后的三維結構作為模具，在太空中通過多次正面聚合疊加高剛度層，最終剝離獲得兼具設計精度與結構強度的復合材料。實驗證實，該模具可重復使用且不會變形。

這項發表于《增材制造》期刊的研究，不僅將制造能耗降低至傳統方法的十分之一，更實現了剛度與柔韌性的優化組合。伊萬·吳透露，該技術同樣適用于地球偏遠地區的基礎設施建設，未來有望在通信、能源等領域產生廣泛應用。