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当3D打印遇上太空制造

来源:客户端

发布时间:2018-05-16 18:57:25

点击量:4145

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近日,Made In Space公司赢得了美国国家航空航天局的新合同,将为其开发可在太空混合3D打印的新系统。早在2014年,世界上首台太空3D打印机就在国际空间站安装成功,先后打印出一系列太空专用零部件,揭开了人类“太空制造”的新时代。

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国际空间站(来源:中新网)


轰隆隆的太空零件厂

接收到电子邮件中的设计图纸,选择打印按钮,一个太空扳手就在航天员的注视下应运而生。这不是科幻大片中的场景,而是太空3D打印机在零重力环境下完成的零件制造“处女秀”。

与传统打印机的理念相一致,3D打印就是以模型文件为基础,运用粉末状金属和塑料等可粘合材料,通过逐层打印来构造物体的快速成型技术,目前已经在工业设计、建设施工、医疗产业等领域得到了重点应用。在人类探索太空的过程中,设备和材料的地面补给早已是完成太空任务公认的“瓶颈”。将3D打印机搬上太空,实现太空用零部件的“自给自足”这一想法应运而生。



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,人们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。美国国家航空航天局喷气推进实验室的正在研制标准的太空3D打印工序,可以通过新技术兼容不同金属原料,制造出更能适应太空应用环境的零部件。

未来,美国国家航空航天局的目标是在太空中直接3D打印出整枚卫星,经由“太空零件厂”生产组装后直接投放到运行轨道。此外,美国国家航空航天局联合美国制造公司,开展了3D打印火星栖息地竞赛活动,欧洲航天局也开始探索利用3D打印技术在未来建造月球基地。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。

令人痴迷的全能制造师曾几何时,汇聚着人类智慧的哈勃太空望远镜发射升空后,由于镜面制造出现微小误差,哈勃望远镜由“远视眼”摇身一变成了“近视眼”。在当时的航天技术条件限制下,人们所能想到的方案就是再进行一次航天飞机发射,为哈勃望远镜安装“近视镜”。整个修复过程需要完成地面制造、空地运输和空间装配,稍有不慎就可能使之前的努力功亏一篑。


哈勃太空望远镜 (来源:中国网)


如今,有了太空3D打印技术,就可以将奇形怪状、功能各异的零部件直接在外太空完成打印。太空3D打印的意义还远不止于此,现代人们讲究“轻装出行”,太空飞行也不例外。携带一台3D打印机进入太空,就可以省去携带数以万计的各种零部件的巨大麻烦,只需携带几公斤的3D打印耗材就足够了。同时,太空3D打印还可省掉航天器在发射过程中对结构强度的苛刻要求,太空打印出来的零部件将比发射升空的更加瘦身,从而实现更大的经济效益。

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。尤其是诸如某个部件一侧需要耐受高温,另一侧需要具备较高的强度等高难度要求,3D打印更可以大显身手。



太空3D打印更加神奇之处,是可以将太空废物“化腐朽为神奇”,一旦太空中制造的产品出现损坏,只需要将其融化成原材料就可再次重复利用。未来,太空3D打印还可利用地球轨道上的报废卫星甚至是直接到一些行星上就地取材进行太空制造,真是当之无愧的太空制造师。

大显神威助力空天飞行太空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。




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。美国研制的智能蜘蛛机器人SpiderFab将直接在太空中通过3D技术打印和组装太空飞船的组件甚至是卫星,并可在太空中制造出数公里长的金属框架。美国国防部高级研究计划局开展的“凤凰”研究项目,旨在通过拆解老旧卫星的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。

事实上,太空3D打印不仅可以打印各类元器件,也可以打印美食。利用太空3D打印机可以将各类可食用原材料打印成满足航天员需求的各类营养套餐。目前,美国军方已经宣称会根据航天员身体情况提供“定制化营养”服务,并将通过3D打印技术实现这一想法。未来,在天空中辛勤奔忙的航天员就可以通过可穿戴装置来检测他们的生理或营养状况,并配制出定制化的太空饮食。


来源:科普中国-军事科技前沿 

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