
不久前,在国际空间站上,俄罗斯宇航员利用3D打印技术制造出老鼠甲状腺,这是人类首次在太空打印生物器官。
在太空工作生活并不容易,经常会出现物资短缺的情况。依靠地球 供应制约着人类美国对深空的探索。2014年,美国向世界交付了首台太空3D打印机送上国际空间站,并陆续打印出一系列太空专用零件,拉开了人类 太空制造和自足。
一般来说,当国际空间站缺少一些工具或部件时,宇航员不得不花费数周甚至数月时间等待地面的补给。利用太空3D打印机,技术人员在地球上设置物品的制造程序,然后通过电子邮件发送到国际空间站。整个过程不到一周,而实际打印时间只有4个小时左右。
除了时间成本,太空3D打印节省的运输成本也很可观。空间站、基地或复杂航天器的系统由许多部分组成。虽然在建造过程中始终是可靠的,但仍然面临着部件损坏和系统升级等一些问题。如果携带大量的预制件进入太空,会大大增加高昂的发射成本。如果采用太空3D打印技术,只需要将原材料和轻型打印机带入太空,就可以在当地制造所需零件,最大限度减轻发射重量,提高工作效率。将来,当人类可以从其他星球的表面开采原材料时,他们也可以建立零件工厂在太空中进一步减轻飞船的发射重量,节省空间。
3D打印技术在太空的运行环境与地球有很大不同,技术难度也不同。在地球上,依靠重力,3D打印机挤压出来的加热的塑料、金属或其他材料可以自然沉积,一层一层打印出三维物体。但是在太空中的零重力条件下,需要使用以给定速度旋转的离心机来保证材料沉积到位,或者修改3D打印的工艺,使设备运行顺畅。而独创的基于地球的3D打印技术,更容易适应微重力环境的月球和火星。
升空3D打印技术也面临着人力不足的问题。在没有航天人员甚至无人监管的情况下,生产、提取、运输、安装等整个打印过程都需要高度自动化甚至全自动化的机器人来完成系统的操作和协调。意识到太空制造,机器人自动化技术必不可少,这甚至比零重力下的3D打印更复杂、更困难。只有随着更多的智能机器人和当地材料来自其他星球的技术,人类有可能通过机器人装配线在太空中收集原材料、组装零件,甚至在月球或火星上建立基地。
3D打印可以设计出高精度的复杂几何模型,其制造工艺一度令人惊叹。但与传统制造业相比,特殊材料、大规模生产成本高等有限因素,让它显得有点浮华,与普通人的日常生活相去甚远。但在航空航天、军事、临床医学等前沿领域,3D打印可以在短时间内生产出高度个性化的零部件和模型,让高端制造如虎添翼。人们对太空3D打印技术的前景充满期待。









