AddUp和空客向歐洲航天局交付首臺在太空運行的金屬3D打印機

2024年2月1日，南極熊獲悉，金屬快速成型制造公司AddUp和空客防務與航天公司已向歐洲航天局（ESA）交付首臺金屬3D打印機。這款金屬3D打印機由空客防務與航天公司領導的工業(yè)團隊，根據(jù)歐洲航天局的合同開發(fā)，并由空客防務與航天公司共同資助。

△空客為歐洲航天局開發(fā)的第一臺太空金屬3D打印機，很快將在國際空間站(ISS)的哥倫布艙上進行測試

該金屬3D打印機的目標是評估增材技術的功能和性能，同時在持續(xù)微重力條件下進行3D金屬沉積。在2024年1月30日星期二，NASA NG-20商業(yè)補給任務已成功將金屬3D打印機運送至國際空間站（ISS）。預計進一步的打印測試工作將于二月底或三月初展開。

太空中直接制造備件的能力，無需地球運輸，標志著推動下一代太空探索的新階段。這一創(chuàng)新將不僅帶來數(shù)百萬美元的成本節(jié)省，同時通過使自主操作成為載人航天的可行選擇，為未來太空探索鋪平道路。

△金屬3D打印機在發(fā)射到空間站之前打印的樣品

在太空打印金屬的挑戰(zhàn)

盡管在地球上已經(jīng)成功掌握了3D打印技術，但在太空中進行金屬打印仍然面臨一系列技術挑戰(zhàn)。空中客車公司金屬3D維打印機系統(tǒng)工程師Sébastien Girault解釋說：“該技術演示器所面臨的第一個挑戰(zhàn)是尺寸問題。在地球上，目前的金屬3D打印機至少需要安裝在十平方米的實驗室中?！?br />
為了制造國際空間站的原型機，我們不得不將打印機縮小到洗衣機的大小。這種小型化的關鍵在于能夠將打印機安裝在國際空間站哥倫布實驗室的機架內。Girault補充說：“在這種尺寸下，我們能夠成功打印出高度為9厘米、寬度為5厘米的精密部件。”

第二個挑戰(zhàn)是確保國際空間站免受激光及其產(chǎn)生的熱量影響，以維護良好的打印環(huán)境。打印機被置于一個密封的金屬盒中，類似于一個保險箱。與此工藝兼容的金屬合金的熔點可能遠遠超過1200°C，而塑料的熔點約為200°C，這要求實施嚴格的熱控制。

Girault說：“重力管理也是關鍵，這是我們選擇有線打印技術的原因。與基于粉末的系統(tǒng)不同，金屬絲不受重力影響，而后者必須始終受到地心引力的影響。無論是塑料還是金屬，產(chǎn)生的煙霧都必須通過過濾器處理并在機器內部捕獲，以防止污染國際空間站內的空氣?！?br />

△國際空間站上第一臺金屬3D打印工作流程示意

金屬3D打印項目

該項目始于2016年，當時歐洲航天局授予了空中客車防務與航天公司合同。該項目的關鍵目標是在微重力環(huán)境下，在國際空間站上安全運行的首臺金屬3D打印機。AddUp，作為金屬3D打印領域的領導者之一，在過去十多年一直為空中客車集團提供支持，不僅提供飛行部件，還支持各種創(chuàng)新項目。

AddUp技術總監(jiān)Sébastien Devroe在評價AddUp團隊為該項目帶來的專業(yè)知識時表示：“金屬3D打印機的開發(fā)依賴于AddUp工程師和研究人員獨特的多學科專業(yè)知識。我們的員工擁有各種增材制造工藝、機器設計、編程和操作優(yōu)化的專業(yè)知識。我們的團隊支持了第一臺太空金屬3D打印機的開發(fā)，該打印機很快將進入軌道。金屬3D打印機經(jīng)過設計和優(yōu)化，以滿足國際空間站的條件和環(huán)境。”

空客航天系統(tǒng)工程主管Elodie Viau解釋道：“AddUp被選用于這個項目是基于悠久的歷史以及植根于探索和創(chuàng)新的合作伙伴關系。我們相信，憑借AddUp團隊的知識和經(jīng)驗，再加上空客的技術專長，我們將成功提供高質量、高效的金屬3D打印機，以支持太空探索”

實際上，國際空間站上已經(jīng)安裝了多臺塑料3D打印機，首臺設備于2014年投入使用。宇航員們利用這些設備進行塑料部件的更換或修復，因為太空生活中常面臨設備供應不足的問題，有時需要等待數(shù)月才能獲得所需物品。然而，并非所有組件都適合用塑料材料制造。

因此，金屬3D打印技術在太空中的應用，對于國際空間站的維護和未來深空探索具有重要意義。Girault強調了這一技術在太空環(huán)境下所需的定制化和緊湊性，以滿足極端條件下的工程需求。