而現如今，這支團隊正在研究復合材料結構件的焊接工藝，從而可以消除通常用于連接復合材料部件的重型螺栓的需要，其潛在應用包括像羅馬太空望遠鏡（RST）等任務，它是一種專注于研究暗能量的紅外望遠鏡，以及有望應用于高月球塔（TLT），這是一種將太陽能電池板提升到地平線以上從而在月球上產生能量的概念。?

雖然TDEA項目與RST和TLT項目是分開的，但該團隊已經確定這些結構適合熱塑性焊接，并根據這些項目的基準設計和結構要求建立了點設計。該焊接項目始于2021年，由多個部分組成。第一步是與復合材料行業、學術界和其他研究機構接觸，以確定熱塑性塑料制造和分析的最新階段。研究人員接下來評估了五種材料的結晶動力學，包括熔化和結晶溫度、結晶潛熱和與焊接相關的熱導率。

該團隊使用使用這五種材料，利用感應、電阻和超聲波技術焊接了熱塑性試樣。該團隊還考慮了每種焊接工藝在太空制造過程中應用的難易程度。例如，感應焊接可能不是一個可行的選擇，因為它需要輔助設備進行冷卻。

NASA與三個組織合作，每種焊接類型一個，重點是Agile Ultrasonics的超聲波焊接工藝，因為它有望在太空中運行。截至5月底，研究人員正試圖優化該過程以減少空隙含量。

 

TDEA團隊使用Agile Ultrasonics的焊接系統和機器人末端執行器進行研究

位于克利夫蘭的美國NASA格倫研究中心化學工程師桑迪·米勒指出，團隊研究了振幅、壓力和停留時間等過程變量，以及整個鍵合線上的掃描速率。為了減少鍵合區域中的空隙形成，他們還將嘗試使用能量導向器，該導向器放置在鍵合界面處，并將超聲波能量拉到界面。

TDEA的研究人員正在同時開發兩個測試應用程序。熱塑性陸地點設計（TTPD）改編自RST團隊的支撐梁組件設計，該組件用于固定望遠鏡的可展開孔徑蓋（DAC）。DAC在發射過程中關閉望遠鏡筒，然后在軌道上打開，以幫助阻擋陽光進入光圈。

在TDEA提出的設計中，有助于打開DAC的接箍和梁組件將成為一個單一的焊接熱塑性組件，梁由東麗的Cetex®TC1200 PEEK制成，接箍區域采用3D打印的碳纖維增強PEEK復合材料，其中碳纖維含量為30%，這可以降低結構組件的復雜性、零件數量和裝配質量。

 

TLT的TDEA設計被稱為熱塑性空間點設計（TSPD）。這座50米高的塔最終可能會建在月球南極，它的目的是支撐太陽能電池陣列，為美國的月球基地提供電力。根據現有設計，機器人將使用金屬配件和鉚釘連接塔的復合桁架結構，TDEA團隊希望對此進行改進。

米勒指出，團隊可以用熱塑性塑料制造這些桁結構，然后讓機器人通過端部配件焊接它們，這樣可以節省鉚釘的所有重量，也可以節省單個螺栓的管理。為了測試這種方法的可行性，研究人員正在用T700碳纖維和東麗的Cetex TC1225低熔點PAEK建造一小段塔，稱之為重復晶胞，研究人員將對該單元的焊接接頭進行拉伸和壓縮試驗。TDEA團隊計劃在2024年9月30日政府財政年度結束前完成兩個點設計的測試數據，但該團隊希望獲得額外的資金來繼續這項工作。

 

來源：碳纖維及其復合材料技術