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3D打印机攻入太空

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谈缨

编者按：在过去的一年中，全球科技技术领域大举挺进，其中不乏里程碑式的突破。美国《麻省理工学院技术评论》杂志从中挑选出2014年十大突破科学技术，涉及生活、生产、医疗等行业。而这些进步是否将会成为各行业的强大推动力量？又或是成为业内强有力的储备力和竞争力？本刊将目光聚焦刚刚攻陷最后一块领地的3D太空打印机。

2014年9月21日，美国航宇局(NASA)的首台针对零重力环境设计的3D打印机搭载太空探索技术公司“龙”货运飞船发射升空，随后顺利到达国际空间站，并对接成功。

首台太空3D打印机的诞生

对于全世界3D打印爱好者而言，一段激动人心的帷幕在徐徐开启。作为首台在外太空运行的3D打印机，零重力3D打印机可能有很多事情要做，最重要的是检验打印机是否能够经受住外太空严酷环境的考验，成为人类在外层空间生存的重要的生存工具。NASA声称，这是为了满足未来零件能在空间按需制造的需求。

这台3D打印机的生产商是太空制造公司(MadeinSpace)。太空制造公司与美国航宇局马歇尔太空飞行中心合作进行3D零重力打印实验，旨在开发地球之外生产制造能力。

这台上太空的3D打印机经受了严格微重力环境下的试验。早在2011年，太空制造公司就在零重力环境下对多项3D打印技术进行了测试。到上天前，该公司对太空3D打印机进行了400多次微重力抛物线试验。

因为3D打印机的工作方式是通过喷射塑料层从而叠加成一个完整的物件，而在基本没有重力的情况下，不会有向下的引力让材料下沉后互相结合。在飞行试验中，零重力飞机会以抛物线轨迹来模拟出接近零重力的环境。在微重力的条件下，打印出来的物品与在地球上相比主要区别在于浓度。经过一系列改进之后，打印机在微重力环境下喷射出的塑料浓度已经能达到和地球环境同样水平。

发热则是另外一个可能遇到的问题，因为热量在微重力环境下传播也不同于平常，可能导致热敏材料温度过高或过低，这样都会让3D打印机无法正常工作。

3D打印机在被发射上天之前，在美国航宇局经受了20000小时的打印测试，直到发射不久前才完成。打印机在测试中的表现良好，被提前交付。

首发太空的这台3D打印机，大约有30厘米高、24厘米宽，38厘米长，与小型微波炉大小差不多，它被安装在空间站的微重力科学手套箱(MSG)里。设备被安装在轨道实验室后，要通过一系列的测试，通过测试帮助美国航宇局了解增材制造(additivemanufacturing)——俗称3D打印，通过演示3D打印零部件或工具，了解3D打印是否具备了在零重力环境下打印出准确、坚固物体的能力，是否在太空切实可行。

讳莫如深的太空3D打印

这款3D打印机是针对零重力环境设计的，是为了测试航天员在微重力下自主制造零部件和工具的可行性。设计这台机器的太空制造公司一直未透露准备打印什么，只说：“我们想打印有重要意义的东西，而不只是玩意儿，要打印的一定是有实用功能的。”

美国航宇局马歇尔航天飞行中心国际空间站3D打印项目主管尼基·韦克海泽谈到，“在太空轨道，当你需要什么时，3D打印机就能做出来，它真正是游戏规则的改变者。这第一台3D打印机发送至国际空间站是为了技术演示，因为国际空间站是太空微重力环境下，目前我们在太空上进行完整测试的唯一实验室和能打印整个零部件的唯一平台”。

这台微波炉大小的3D打印机使用ABS塑料，即生产乐高积木的材料，可以打印10厘米×5厘米大小的物品。

首台太空3D打印机将用于制造测试样本，之后用于制造一系列的零部件，例如各种工具和科学仪器。最初目标很简单，通过打印技术演示了解在微重力环境下3D打印机是如何工作，了解在成为最终产品的过程中材料是如何变化的。

太空制造公司网站上写着：伴随地球之外制造时代开启，首个打印出的零部件或产品不管是什么，会有一天，它将被认为具有历史性意义。

首Al太空3D打Ep件诞生

被送上国际空间站的这台3D打印机于2014年11月17日由航天员巴里·维尔莫安装在国际空间站“微重力科学手套箱”内。

3D打印机压制材质选用熔点较低的塑胶，为了避免功能异常带来的人员伤害，全程在手套箱中试验。美国航宇局在2014年11月19日表示3D打印机在微重力状态下能正常运作。11月24日美国航宇局在国际空间站运用3D打印技术成功打印出了首个部件，尺寸为7.6厘米×3.8厘米×0,6厘米，印着“太空制造/NASA”字样的铭牌。打印工作花了1个小时。至此，首个太空3D打印件诞生了。

负责人尼基·韦克海泽表示：“这第一份作品是在地球以外实现3D打印批量化的重要一步”。

3D打印项目第一阶段的主要目标是在轨鉴定3D打印技术，保证其能像在地面上一样正常工作。空间站上打印出的试制品将和同类样