格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的研究人员开发了一种专为低重力环境设计的新型3D打印系统。

该项目由吉勒斯·贝莱博士领导，他已为这项新技术申请了专利，该技术解决了太空增材制造的固有挑战。该项目得到了格拉斯哥知识交流基金、EPSRC 影响力加速账户以及科林·麦金尼斯教授的 RAEng 新兴技术主席和 RAEng 概念验证奖的支持。

目前正在努力争取额外资金，计划进行首次太空技术演示。与英国航天局的合作也专注于减少太空碎片，确保未来的进步不会加剧轨道污染。

贝莱博士说：“目前，进入地球轨道的一切都是在地表建造并通过火箭送入太空的。它们的质量和体积受到严格限制，在发射过程中，如果机械约束被突破，可能会在飞行中解体，从而摧毁昂贵的货物。”

“如果我们能够在太空中放置制造设备，按需建造结构，我们将摆脱这些有效载荷限制。反过来，这可能会为创建更具雄心壮志、资源消耗更少的项目铺平道路，这些系统实际上将针对其任务进行优化，而不是针对火箭发射的约束。”

微重力试验用于实际太空制造

这项技术的近期演示是在欧洲航天局（ESA）的抛物线飞行活动中进行的，通常被称为“呕吐彗星”。这些飞行通过急剧的上升和下降模拟失重状态，提供短暂的微重力间隔。

在超过 90 次这样的时刻中，研究人员评估了该系统，该系统使用颗粒状原料，而不是传统的丝材。这种为太空环境设计的材料能够可靠地流向打印机的喷嘴，在一致性和速度方面均优于传统方法。

贝莱博士解释了这一发展的意义，指出其在太空太阳能反射器、高性能通信天线以及能够生产更有效药物的制药研究站中的潜在应用。研究团队还探索了将电子元件整合到打印过程中的可能性，为直接在轨道上制造的功能部件和可回收系统打开了大门。

在 Novespace 运营的飞行中进行的测试证实了原型机在微重力中的功能。在每次 22 秒的失重间隔中，研究人员密切监测了动态和功耗，得出了令人鼓舞的结果。

针对地球 3D 打印系统的局限性，贝莱博士强调，丝材打印机通常会在太空中因堵塞和在微重力真空环境中断裂而失败。

“通过这项研究，我们现在拥有了能够更接近实现这一目标的技术，这将在未来几年为整个世界带来积极影响，”研究负责人补充道。

贝莱博士解释说，正在科林·麦金尼斯教授的 SOLSPACE 项目中开发的 3D 打印太空反射器，有可能全天 24 小时收集太阳能。这种不间断的能量收集可以作为低碳发电的稳定来源，显著助力实现净零排放的努力。

同样，基于太空的制药生产可能会带来药物效果的突破。值得注意的是，这项研究还表明，在微重力中制造的胰岛素可能比地球上生产的胰岛素有效九倍，可能会改变糖尿病治疗的方式。

太空作为下一个制造中心

新兴研究表明，微重力可以为制造关键部件和系统开辟新的前沿。

去年，AddUp 与空中客车国防与航天公司合作，在欧洲航天局的“Metal3D”项目下开发了一种金属 3D 打印机。该 3D 打印机于 2024 年 1 月 30 日由美国宇航局的 NG-20 任务发射到国际空间站（ISS），并在哥伦布模块中进行了微重力测试。这种为太空环境设计的打印机采用基于线材的 3D 打印技术，能够应对微重力和超过 1200°C 的极端温度。

在太空中打印的四个金属样品被送回地球，与地球制造的部件进行比较，以了解微重力对材料质量的影响。空中客车公司认为这项技术适合未来的月球和火星任务，它在减少对地球供应链的依赖和实现可持续探索方面发挥了作用。

值得注意的是，在 2016 年，美国宇航局承包商 Techshot 与 nScrypt 和 Bioficial Organs 合作，在零重力公司的飞机上测试了一种零重力下的 3D 生物打印机。该团队成功使用人类干细胞和为微重力设计的精细生物墨水打印了心脏和血管结构，避免了地球上所需的支撑材料。

测试表明，微重力可以提高生物打印的精度，其打印层比人类头发还薄。这项实验的见解为计划中的更适合国际空间站的更紧凑打印机奠定了基础，在那里可以使用低粘度生物墨水来制造更复杂的组织。