歐洲航天局（ESA）首個(gè)來自太空的金屬3D打印部件返回地球進(jìn)行測試

2025年3月15日，南極熊獲悉，歐洲航天局（ESA）宣稱，作為專注于微重力制造的“Metal3D”項(xiàng)目的一部分，首個(gè)在太空中制造的金屬3D打印部件已成功返回地球，并運(yùn)抵荷蘭的歐洲空間研究與技術(shù)中心（ESTEC），目前正在進(jìn)行詳細(xì)測試。

△歐洲航天局（ESA）第一臺(tái)太空用金屬3D打印機(jī)正在運(yùn)往國際空間站

該打印機(jī)由空中客車公司以及合作伙伴開發(fā)，并由ESA宇航員Andreas Mogensen于去年安裝在國際空間站的哥倫布艙。6月份，打印機(jī)成功完成首次試打印，展示了一條“S”形曲線。今年夏季，它生產(chǎn)了第一個(gè)完整樣品，12月又打印了第二個(gè)樣品。

首個(gè)樣品將在ESTEC的材料與電氣元件實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行深入分析，研究人員計(jì)劃將太空3D打印樣件與地球環(huán)境下打印的樣品進(jìn)行對比，以了解微重力對3D打印過程的影響。第二個(gè)樣品將送往丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）進(jìn)行研究。

△位于荷蘭的歐洲空間研究與技術(shù)中心(ESTEC)

推進(jìn)金屬3D打印在太空任務(wù)中的應(yīng)用

Metal3D項(xiàng)目的籌備歷時(shí)多年。自2016年起，空中客車防務(wù)與航天公司與AddUp根據(jù)歐洲航天局的合同，開始開發(fā)金屬3D打印機(jī)，旨在評(píng)估在持續(xù)微重力條件下進(jìn)行3D打印的潛力。該系統(tǒng)于2024年1月30日隨NASA的NG-20任務(wù)發(fā)射升空，并于同年中期開始在國際空間站上運(yùn)行。

自2014年以來，國際空間站的宇航員一直在使用聚合物3D打印機(jī)生產(chǎn)塑料部件，但金屬3D打印技術(shù)的引入將顯著擴(kuò)展未來任務(wù)的制造能力。在需求驅(qū)動(dòng)下生產(chǎn)部件的能力，將減少對地球補(bǔ)給任務(wù)的依賴，這對于計(jì)劃前往月球或火星的長期太空探索尤為重要。

盡管如此，太空中進(jìn)行金屬3D打印面臨多重挑戰(zhàn)。與在地面上使用的傳統(tǒng)大型金屬3D打印機(jī)不同，國際空間站的設(shè)備必須設(shè)計(jì)成洗衣機(jī)大小的緊湊型，以適應(yīng)空間站的限制條件。

安全性亦是關(guān)鍵考量因素。金屬合金的熔化溫度遠(yuǎn)高于塑料，通常需要超過1200°C的溫度，而塑料3D打印的溫度通常在200°C左右。因此，打印機(jī)被封裝在一個(gè)密封的金屬盒內(nèi)，以確保嚴(yán)格控制熱環(huán)境并防止任何潛在危險(xiǎn)。

3D打印過程在國際空間站上也采用了與地球標(biāo)準(zhǔn)方法不同的技術(shù)。為了避免微重力環(huán)境可能引起的密封問題，國際空間站的3D打印機(jī)不采用粉末床熔融技術(shù)，而是基于線材的打印方法，從而最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)。

隨著首批在太空中打印的金屬樣品安全返回地球，歐洲航天局和丹麥技術(shù)大學(xué)的研究人員將對它們進(jìn)行深入的檢查，包括機(jī)械強(qiáng)度、彎曲測試和微觀結(jié)構(gòu)分析。研究人員的目標(biāo)是將這些結(jié)果與在正常地球重力條件下打印的相同樣品進(jìn)行對比，以明確微重力對制造過程的具體影響。據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)透露，這些研究成果將為未來的太空任務(wù)提供寶貴的見解，未來在軌制造技術(shù)有可能成為實(shí)際需求。