2024年：3D打印将走向太空，国际空间站迎来金属3D打印机

“太空制造”又近一步，就地打印，不必等待从地球上“发货”。

作为美国航空航天局（NASA）的合作伙伴，诺斯罗普·格鲁曼公司将在2024年1月29日之前，通过猎鹰9号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角的太空部队站发射执行其第20次商业补给服务任务。

这次发射的任务之一是将包括3D打印设备在内的补给物资送达国际空间站，为太空中的制造和科学研究提供支持。

天鹅座太空货船。图片来源：美国航空航天局

此次任务中一个备受期待的项目是欧洲航天局（ESA）的金属3D打印机，将在微重力环境下测试小型金属3D打印部件。这台打印机将研究打印的金属形状在微重力下的表现与地球上生产的金属形状相比如何。

用于国际空间站的金属3D打印机。图片来源：欧洲航天局

欧洲航天局的罗布·波斯特玛（Rob Postema）表示：“这项研究让我们初步了解了这种打印机在太空环境中的运作情况。”他补充道：“3D打印机能够制造出多种形状的对象。

我们计划先打印一些样本，以此来探索太空中的3D打印与地球上的3D打印之间的区别，同时也研究我们能用这项技术打印出哪些类型的形状。

此外，这项研究还有助于演示宇航员如何能够安全且高效地在太空中打印金属零件。”

金属3D打印机在发射到空间站之前生产的样品。图片来源：欧洲航天局

该金属3D打印项目是在欧洲航天局（ESA）的领导下，由多个工业和学术合作伙伴共同努力的结果。空中客车公司（EPA：AIR）、意大利的航空航天公司Highftech Engineering、法国的金属3D打印领域领导者AddUp以及克兰菲尔德大学都是该项目的主要贡献者。

位于法国图卢兹的空客防务和航天团队负责管理该项目，包括集成3D打印机的关键组件和电源系统，同时确保这些系统能够适应太空环境的特殊要求。克兰菲尔德大学则负责能源和材料输送机制的开发，其中包括如何高效地使用激光技术和不锈钢丝材料。

Highftech Engineering公司承担了制造打印机外壳和集成流体管理系统的任务。与此同时，AddUp（法孚和米其林的合资企业）在创建打印机的内部结构和机制方面发挥了关键作用。AddUp公司负责设计和实现控制打印机的PLC（可编程逻辑控制器）以及建立打印机与地面控制中心之间的通信接口。

太空金属3D打印宣传视频截图，图片来源：欧洲航天局

这项研究的成果有望深化人类对太空金属3D打印的功能、性能、操作方式以及打印零件的质量、强度和特性的了解。对于未来的长期人类太空任务来说，补给一直是一个挑战。

通过使用3D打印技术，宇航员可以在长期的太空飞行，甚至在月球或火星上进行设备维护时，现场制造所需零件。这样不仅减少了运送备用零件的需求，还避免了预先猜测可能需要的每一种工具或物品的必要，从而节省了时间和发射成本。

此外，过去几年里，太空中的3D打印实验已经取得了不错的进展。例如，在2023年4月25日，NASA在弗吉尼亚州沃洛普斯飞行设施进行的探空火箭试验中，他们成功地在太空边缘测试了3D打印的混合电路。

而作为AstroCardia项目的一部分，五家比利时公司和研究中心正在合作3D打印人造心脏和循环系统，将于2025年发送到国际空间站。