3D打?。阂I(lǐng)太空制造新潮流

眾所周知，天地間“快遞運(yùn)輸”成本高昂，在太空中直接利用3D打印生產(chǎn)零部件具有省時(shí)省力等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，太空3D打印將成為載人空間飛行和宇宙考察的標(biāo)配裝備，勢(shì)必引領(lǐng)未來(lái)太空制造新潮流。
在人類探索太空的過(guò)程中，設(shè)備和材料的地面補(bǔ)給是順利完成太空任務(wù)的制約因素。從2010年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)家航空航天局就與太空制造公司開(kāi)始了3D打印技術(shù)的探索工作，先后進(jìn)行了微重力環(huán)境下的數(shù)百次試驗(yàn)。2016年3月，美國(guó)國(guó)家航空航天局將升級(jí)版的3D打印機(jī)運(yùn)送到國(guó)際空間站，在太空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了更大體積和更高分辨率的打印作業(yè)。不甘落后的俄羅斯3D打印機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)也已經(jīng)向國(guó)際空間站提交了試驗(yàn)申請(qǐng)，在進(jìn)行多輪地面測(cè)試后，將篩選出一臺(tái)3D打印機(jī)“黑馬”送入國(guó)際空間站的俄羅斯太空艙。此外，英國(guó)伯明翰大學(xué)研制出一臺(tái)能在零重力下運(yùn)行的金屬3D打印機(jī)，采用了獨(dú)特的熔融沉積方式，功率只有1.3千瓦。

在太空3D打印領(lǐng)域，由我國(guó)中科院研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)太空3D打印機(jī)，已經(jīng)完成了拋物線失重飛行試驗(yàn)，可在微重力環(huán)境下順利完成3D打印任務(wù)。值得一提的是，我國(guó)的3D打印機(jī)單次可打印的最大零部件尺寸達(dá)到200mmx130mm，是美國(guó)國(guó)家航空航天局首臺(tái)在軌3D打印機(jī)打印尺寸的2倍以上，將在我國(guó)空間站建設(shè)和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

眾所周知，空間航天器的大小主要受限于運(yùn)載器的大小，利用太空3D打印就可搭建太空零件制造廠，實(shí)現(xiàn)太空設(shè)備的太空制造。目前，科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)太空制造系統(tǒng)，將在太空中直接打印出天線、電池板等零部件和工作生活的必需品。太空3D打印將對(duì)人類太空探索事業(yè)的供給和支持方式帶來(lái)巨大變革，也為空間飛行提供更加寬廣的平臺(tái)。


目前，3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域已體現(xiàn)出極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿?，不僅縮短了航天產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低了成本，更進(jìn)一步提高了產(chǎn)品性能。作為一種全新的生產(chǎn)方式，太空3D打印制造的產(chǎn)品可以勝任一些傳統(tǒng)制造工藝難以完成的工作。未來(lái)，太空3D打印技術(shù)除可用于在軌制造航天零部件外，還將與機(jī)器人系統(tǒng)有機(jī)組合。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局開(kāi)展的“鳳凰”項(xiàng)目，旨在通過(guò)拆解老舊衛(wèi)星的零部件來(lái)清理各種空間垃圾，并用老舊衛(wèi)星的零部件重新組裝成一個(gè)全新的空間設(shè)備，太空3D打印為此提供了一個(gè)重要的技術(shù)方案。


擁有這么多技能的太空3D打印不僅令人癡迷，而且打印過(guò)程并不復(fù)雜。航天員可以通過(guò)天地通信接收地面上傳零部件的數(shù)字化三維模型，將模型輸入3D打印機(jī)機(jī)芯內(nèi)部的后期處理軟件后，3D打印機(jī)可自動(dòng)生成具體控制數(shù)據(jù)和打印操作代碼，航天員只要按一下“打印”就可完成操作。因此，只要天地之間不斷網(wǎng)，任何工具都可以由地面設(shè)計(jì)好，然后交由太空3D打印機(jī)完成源源不斷的太空制造。


太空3D打印技術(shù)不僅省時(shí)省力省經(jīng)費(fèi)，更可大幅度降低太空飛行對(duì)地面的依賴程度。相比于半年一次的太空補(bǔ)給，3D打印只需數(shù)小時(shí)就可以生產(chǎn)出需要更換的零部件。未來(lái)有了太空3D打印機(jī)，就可以在失重環(huán)境下自制所需的各類實(shí)驗(yàn)和維修工具以及零部件，將大幅度提升空間站實(shí)驗(yàn)的靈活性和維修的及時(shí)性，同時(shí)有效減少空間站各類零件備件的種類和數(shù)量，降低空間站對(duì)地面系統(tǒng)的依賴，從而為人類開(kāi)展星球探索提供新的動(dòng)力和希望。

來(lái)源：學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)