使用月球廢料打印零部件，Incus與歐洲航天局合作解鎖光固化LMM工藝新能力

2021年10月10日，南極熊獲悉，奧地利工程公司和OEM初創(chuàng)公司Incus已經(jīng)與歐洲航天局建立了合作關(guān)系，探索如何將月球表面的廢舊金屬加工成月球站的3D打印備件。

陶瓷3D打印專(zhuān)家Lithoz和德國(guó)空間和技術(shù)集團(tuán)OHB SE的子公司OHB System也將參與這個(gè)為期18個(gè)月的項(xiàng)目。在此期間，合作伙伴將在微重力環(huán)境下共同開(kāi)發(fā)和測(cè)試Incus的基于光刻技術(shù)的金屬制造（LMM）3D打印技術(shù)，并評(píng)估加工月球表面可用的廢舊金屬以生產(chǎn)高質(zhì)量終端備件的可行性。

Incus公司首席執(zhí)行官GeraldMitteramskogler博士說(shuō)："Incus公司很高興能成為該項(xiàng)目的一份子，這將是我們測(cè)試LMM技術(shù)在太空中實(shí)用性能的絕佳機(jī)會(huì)。我們的解決方案可以很好地滿(mǎn)足在這種環(huán)境下生產(chǎn)零件的挑戰(zhàn)性要求"。

△通過(guò)LMM生產(chǎn)的3D打印部件。照片來(lái)自Incus。

Incus的LMM技術(shù)

Incus于2019年從Lithoz的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中成立，是AM Ventures投資組合的成員，是3D打印技術(shù)領(lǐng)域獲獎(jiǎng)的投資者。

該公司的LMM技術(shù)以立體光刻（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）等大桶聚合技術(shù)為基礎(chǔ)，但與這些工藝不同的是，其固化的材料含有金屬顆粒。隨后打印的零件經(jīng)過(guò)脫膠和燒結(jié)，形成固體金屬零件。Incus的技術(shù)能夠處理不可焊接的金屬，能夠處理含有小至20微米的金屬顆粒的樹(shù)脂材料。

在Formnext 2019上，Incus公司推出了其旗艦金屬3D打印機(jī)Hammer Lab35，它利用了LMM工藝。這款機(jī)器旨在滿(mǎn)足制造業(yè)對(duì)3D打印工藝日益增長(zhǎng)的需求，能夠?yàn)楣δ茉秃皖A(yù)系列制造提供復(fù)雜的幾何形狀。

在宣布2020年3月首次發(fā)行后，Incus在今年年初進(jìn)入該機(jī)器的批量生產(chǎn)，并在繼續(xù)擴(kuò)大其客戶(hù)群。

△HammerLab35 3D打印機(jī)。圖片由Incus提供。

用月球廢料3D打印零部件

在地球上，Incus的LMM工藝生產(chǎn)的3D打印部件具有極佳的表面光潔度，并且與金屬注射成型制造的部件具有類(lèi)似的材料特性?，F(xiàn)在，由于歐空局、Lithoz和OHB的最新加入，這項(xiàng)工藝的能力將在微重力環(huán)境下得到探索。

月球基站的維護(hù)需要不斷地供應(yīng)貨物、研究材料和設(shè)備。除此以外，還需要備件，以防個(gè)別部件在任務(wù)中出現(xiàn)故障。

在這種任務(wù)中需要自給自足，這促使歐空局尋求使用現(xiàn)有的諸如生產(chǎn)廢料和報(bào)廢部件等月面材料的再利用可行性。能夠利用這種資源為月球航天器和空間站制造機(jī)載和按需的備件，有助于大大降低從地球出發(fā)的貨運(yùn)任務(wù)的成本和數(shù)量，同時(shí)最大限度地減少生產(chǎn)浪費(fèi)。

歐洲航天局材料和工藝工程師Martina Meisnar博士說(shuō)："地外制造是一個(gè)非常有趣的話(huà)題，歐洲航天局正在大力探索。他們的目標(biāo)是完善這些制造概念，以便在地球上展示，并最終在太空中獲得實(shí)施?！?/div>

△合作伙伴希望在未來(lái)18個(gè)月內(nèi)開(kāi)展的項(xiàng)目工作流程。圖片來(lái)自Incus。

Incus的LMM技術(shù)被選中用于該項(xiàng)目，因?yàn)樗心芰幕厥盏慕饘購(gòu)U料中生產(chǎn)備件。合作伙伴希望這種能力有可能應(yīng)用到月球上廢舊金屬粉末的回收利用當(dāng)中去。

與此同時(shí)，LMM工藝使用糊狀物或懸浮液作為原料，不依賴(lài)使用高度球形的氣體原子化粉末或支持結(jié)構(gòu)。相反，該方法打印的部件通過(guò)脫模工藝分離，不需要耗時(shí)的手工返工，對(duì)操作者也很安全。

Lithoz的材料開(kāi)發(fā)主管MartinSchwentenwein博士說(shuō)："像Incus和Lithoz開(kāi)發(fā)的平版印刷技術(shù)允許將高精度3D打印與高性能金屬和陶瓷相結(jié)合，同時(shí)仍然保持極高的資源效率。雖然這些概念已經(jīng)在地球上成功展示，但此類(lèi)項(xiàng)目的活動(dòng)對(duì)于填補(bǔ)技術(shù)空白和實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境中的增材制造至關(guān)重要"。

合作項(xiàng)目的最終目標(biāo)是評(píng)估月球表面可用的廢舊金屬如何通過(guò)LMM加工，計(jì)劃以零廢料的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的零件。在18個(gè)月的時(shí)間里，合作伙伴將探索空間環(huán)境的限制，例如月球塵埃對(duì)金屬粉末的潛在污染，會(huì)如何影響打印過(guò)程。

合作項(xiàng)目還將評(píng)估雜質(zhì)對(duì)燒結(jié)的影響以及打印件最終微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果，以確定微重力條件下LMM工藝的最佳粘合劑數(shù)量和類(lèi)型。通過(guò)這一點(diǎn)，合作伙伴將尋求在太空中開(kāi)發(fā)一個(gè)可持續(xù)的制造鏈，用于零部件生產(chǎn)。

OHB系統(tǒng)公司人類(lèi)航天系統(tǒng)的AntonellaSgambati說(shuō)："通過(guò)利用現(xiàn)有的月球表面材料和回收月球基地的廢金屬，來(lái)減少我們對(duì)地球依賴(lài)的可能性，這種理念也代表了保證月球定居可持續(xù)的唯一解決方案。這個(gè)項(xiàng)目和這種新穎的LMM工藝將是月球定居成為現(xiàn)實(shí)的重要步驟，因?yàn)檫@種技術(shù)有機(jī)會(huì)在太空中成功運(yùn)行。"

△通過(guò)LMM工藝生產(chǎn)的3D打印部件。照片來(lái)自Incus。

使用太空材料的3D打印

近年來(lái)，多個(gè)國(guó)家的航天機(jī)構(gòu)對(duì)增材制造的興趣大增，因?yàn)樗麄兿朐谠虑蛏辖⒁粋€(gè)永久性的居住地。因此，關(guān)于如何利用現(xiàn)場(chǎng)材料（如再生石）來(lái)生產(chǎn)月球結(jié)構(gòu)的研究工作也在升級(jí)。

例如，作為MOONRISE項(xiàng)目的一部分，來(lái)自布倫瑞克技術(shù)大學(xué)和漢諾威激光中心的科學(xué)家們已經(jīng)探索了在零重力條件下用月球碎石進(jìn)行3D打印的可行性。而總部位于德克薩斯州的建筑公司ICON最近獲得了美國(guó)宇航局的合同，尋求開(kāi)發(fā)出一個(gè)能夠用碎石打印太空結(jié)構(gòu)的非常規(guī)3D打印機(jī)原型。

在其他地方，俄羅斯航天局也已經(jīng)試驗(yàn)了用現(xiàn)場(chǎng)月球材料制作的3D打印結(jié)構(gòu)。最近，美國(guó)宇航局向國(guó)際空間站推出了一項(xiàng)來(lái)自關(guān)鍵任務(wù)空間系統(tǒng)專(zhuān)家Redwire的研究，這項(xiàng)研究的目的就是確定3D打印雷石按需建造月球結(jié)構(gòu)的可行性。