3D打印：引领太空制造新潮流

众所周知，天地间“快递运输”成本高昂，在太空中直接利用3D打印生产零部件具有省时省力等独特优势。未来，太空3D打印将成为载人空间飞行和宇宙考察的标配装备，势必引领未来太空制造新潮流。
在人类探索太空的过程中，设备和材料的地面补给是顺利完成太空任务的制约因素。从2010年开始，美国国家航空航天局就与太空制造公司开始了3D打印技术的探索工作，先后进行了微重力环境下的数百次试验。2016年3月，美国国家航空航天局将升级版的3D打印机运送到国际空间站，在太空环境中实现了更大体积和更高分辨率的打印作业。不甘落后的俄罗斯3D打印机研发团队也已经向国际空间站提交了试验申请，在进行多轮地面测试后，将筛选出一台3D打印机“黑马”送入国际空间站的俄罗斯太空舱。此外，英国伯明翰大学研制出一台能在零重力下运行的金属3D打印机，采用了独特的熔融沉积方式，功率只有1.3千瓦。

在太空3D打印领域，由我国中科院研制的国内首台太空3D打印机，已经完成了抛物线失重飞行试验，可在微重力环境下顺利完成3D打印任务。值得一提的是，我国的3D打印机单次可打印的最大零部件尺寸达到200mmx130mm，是美国国家航空航天局首台在轨3D打印机打印尺寸的2倍以上，将在我国空间站建设和后期运营维护过程中发挥重要作用。

众所周知，空间航天器的大小主要受限于运载器的大小，利用太空3D打印就可搭建太空零件制造厂，实现太空设备的太空制造。目前，科学家已经开始设计太空制造系统，将在太空中直接打印出天线、电池板等零部件和工作生活的必需品。太空3D打印将对人类太空探索事业的供给和支持方式带来巨大变革，也为空间飞行提供更加宽广的平台。


目前，3D打印技术在航空航天领域已体现出极强的应用价值和发展潜力，不仅缩短了航天产品的生产周期，降低了成本，更进一步提高了产品性能。作为一种全新的生产方式，太空3D打印制造的产品可以胜任一些传统制造工艺难以完成的工作。未来，太空3D打印技术除可用于在轨制造航天零部件外，还将与机器人系统有机组合。美国国防部高级研究计划局开展的“凤凰”项目，旨在通过拆解老旧卫星的零部件来清理各种空间垃圾，并用老旧卫星的零部件重新组装成一个全新的空间设备，太空3D打印为此提供了一个重要的技术方案。


拥有这么多技能的太空3D打印不仅令人痴迷，而且打印过程并不复杂。航天员可以通过天地通信接收地面上传零部件的数字化三维模型，将模型输入3D打印机机芯内部的后期处理软件后，3D打印机可自动生成具体控制数据和打印操作代码，航天员只要按一下“打印”就可完成操作。因此，只要天地之间不断网，任何工具都可以由地面设计好，然后交由太空3D打印机完成源源不断的太空制造。


太空3D打印技术不仅省时省力省经费，更可大幅度降低太空飞行对地面的依赖程度。相比于半年一次的太空补给，3D打印只需数小时就可以生产出需要更换的零部件。未来有了太空3D打印机，就可以在失重环境下自制所需的各类实验和维修工具以及零部件，将大幅度提升空间站实验的灵活性和维修的及时性，同时有效减少空间站各类零件备件的种类和数量，降低空间站对地面系统的依赖，从而为人类开展星球探索提供新的动力和希望。

来源：学习时报