Photocentric推出專為太空環(huán)境設計的高速樹脂3D打印機CosmicMaker

2025年3月30日，南極熊獲悉，3D打印機和材料制造商Photocentric推出了一款專為太空環(huán)境設計的高速3D打印機CosmicMaker。這款設備在微重力條件下具有獨特的功能，能夠?qū)⒁簯B(tài)樹脂固化成固體部件，從而實現(xiàn)直接在軌道上制造零部件，顯著提高宇航員的自給自足能力。

△CosmicMaker經(jīng)過了包括完整360度反向旋轉(zhuǎn)運動在內(nèi)的測試?？芍圃鞆乃芰系教沾傻母鞣N產(chǎn)品

CosmicMaker是這家總部位于英國的公司的最新創(chuàng)新成果，專門生產(chǎn)基于液晶顯示器 (LCD) 的樹脂3D印機和光聚合物材料。目前，該公司已完成原型機的測試，在模擬微重力實驗室條件下，通過旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)從多個角度觀察了樹脂的固化行為。公司計劃下一步在拋物線飛行中進行測試，以驗證它在實際太空環(huán)境中的性能。

雖然Photocentric尚未公布CosmicMaker發(fā)射的具體時間表，但由于它們正在與歐洲航天局(ESA) 的在軌制造加速器（一個旨在幫助公司打造太空技術的項目）合作，表明該3D打印機未來有望被送往國際空間站（ISS）進行相關測試。

通過3D打印技術減少航天運輸成本

目前，太空運輸成本極其昂貴。自2021年起，將每公斤貨物送至國際空間站的成本約為2萬美元。這一數(shù)字較前幾年有所上漲；例如，2019年，NASA對送往國際空間站的貨物（upmass）的收費標準為每公斤3000美元。然而，到了2021年，NASA進一步提高了運送貨物到國際空間站的費用。

除了數(shù)千美元的發(fā)射費用之外，補給任務的安排通常需要提前數(shù)月進行，幾乎沒有靈活性。如果宇航員急需某個關鍵工具或替換部件，他們可能不得不等待下一次發(fā)射，這可能意味著數(shù)周甚至數(shù)月的延遲。

即便任務已經(jīng)安排好，發(fā)射過程也可能因為天氣、技術故障或任務優(yōu)先級的變化而遭遇推遲。對于航天任務而言，情況更為嚴峻，因為補給飛行可能根本無法實現(xiàn)。因此，配備一臺如CosmicMaker這樣的3D打印機在飛船上顯得至關重要。它使得宇航員能夠在需要時即刻打印所需物品，從而減少對地球的依賴。

△CosmicMaker打印工藝示意

英國航天3D打印機CosmicMaker

Photocentric表示，在太空應用方面，CosmicMaker相較于其它3D打印機具備幾個顯著優(yōu)勢。迄今為止，大多數(shù)太空3D打印機采用的是熔融沉積建模（FDM）技術來制造塑料部件，例如自2014年起在國際空間站上運行的Made In Space（現(xiàn)為Redwire）的增材制造設施（AMF）和Refabricator。

相比之下，CosmicMaker采用基于液晶顯示器（LCD）的樹脂打印技術。這種方法更為緊湊、節(jié)能，并且速度更快。不同于需要高溫熔化塑料絲材的FDM，LCD樹脂打印通過光固化將液態(tài)樹脂直接轉(zhuǎn)化為固體。Photocentric指出，在航天器中，能源效率和穩(wěn)定的控制環(huán)境至關重要，因此避免產(chǎn)生額外熱量是一個顯著優(yōu)勢。

在微重力環(huán)境下使用液態(tài)樹脂進行打印帶來獨特的挑戰(zhàn)，因為流體行為在此環(huán)境下變得難以預測。若無適當控制，樹脂可能會四處漂移，形成懸浮的液滴。為應對這一問題，CosmicMaker配備了一個密封的雙腔系統(tǒng)，確?！皹渲鲃臃€(wěn)定”，從而使得材料保持在預定位置。這允許宇航員打印出精確且功能完善的部件，而無需擔心散落的液滴干擾到任何設備。

此外，CosmicMaker的打印速度也是一大亮點。Photocentric聲稱這款打印機每天能夠生產(chǎn)出高達兩噸的塑料部件。盡管在微重力環(huán)境中可能難以達到此數(shù)字，但該系統(tǒng)的高效率使它成為按需打印備件、工具和關鍵任務物品的理想選擇之一。

△CosmicMaker打印的樣品。從左到右：氧化鋁、碳化硅

航天3D打印技術發(fā)展的潛力

目前，Photocentric正與歐洲航天局緊密合作。除了生產(chǎn)簡單的塑料部件，公司還致力于開發(fā)在太空中打印復雜碳化硅部件的技術。碳化硅具有高強度、輕質(zhì)和耐極端溫度與輻射的特性，使它成為太空應用的理想材料。若宇航員能在太空中制造這些部件，它們將能夠為衛(wèi)星、太空望遠鏡，乃至未來月球或火星基地構建高性能系統(tǒng)，而無需依賴地球的物資補給。

展望未來，航天3D打印技術的開發(fā)是實現(xiàn)太空任務自主化宏大目標的一部分。隨著Photocentric等公司不斷優(yōu)化這些技術，我們有望見證太空工廠的興起，它們將能夠生產(chǎn)從工具到航天器部件等各種必需品。