里程碑！Made In Space 3D打印大型梁結(jié)構(gòu)件并通過測試

3D打印的未來不僅僅在于用于地球上的制造業(yè)，還在于用于航天領(lǐng)域的空間制造。Made In Space公司正致力于將這一切變?yōu)楝F(xiàn)實。Made In Space 新的太空制造計劃是一臺形似蜘蛛的太空制造設(shè)備Archinaut，該設(shè)備集成了3D打印機和機械臂。最近Archinaut取得了重大突破，3D打印了復雜硬件和超空間結(jié)構(gòu)，并在模擬環(huán)境下的外空間環(huán)境中成功通過測試。

Made In Space的工作場所位于加州的 Moffett Field，是由一個廢棄的海軍航空基地改造而成的，在這里還有NASA的Ames研究中心以及其他空間技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司。美國現(xiàn)在的一個趨勢是私人公司正在開始協(xié)助甚至接管美國航空航天局的一些任務，這些任務正推動空間探索走向商業(yè)化。

具體來說，NASA的Archinaut TDM 項目是由Made In Space牽頭，以期在2020年最終將這項技術(shù)投入軌道空間建設(shè)中。而當前Archinaut首次完成在微重力環(huán)境中完成制造任務的測試代表了重大里程碑。

Archinaut本質(zhì)上是一個具有機器人手臂的3D打印機，可以自動地組裝和打印結(jié)構(gòu)件。通過測試的是用于組裝空間站或探測車的大型梁結(jié)構(gòu)件和其他部件。NASA技術(shù)將在2018年進行另一項重大測試，下一步將是送到空間中進行實際測試。

空間制造具有巨大的潛在優(yōu)勢，不僅適用于太空探索和定居，這項技術(shù)的成功將意味著太空中的建設(shè)任務可能變得越來越自主，獨立于人類的參與，并且由于在發(fā)射時占用更少的初始資源，更具成本效益。

達到目標目的地后，機器人3D打印機可以在現(xiàn)場打印并組裝所需的所有零件，進行各種不同的任務和實驗。甚至可以擴展到生產(chǎn)更多的機器人3D打印機，而這種完全自我復制的技術(shù)將使外層空間建設(shè)發(fā)展呈指數(shù)級增長，也許將實現(xiàn)在月球或火星上自發(fā)建造定居點。

從11月開始，Made In Space還將開始使用名為ZBLAN的稀有玻璃材料進行光纖的空間生產(chǎn)。這種材料將使纖維能夠傳導比常規(guī)硅纖維高達100倍的信號。有趣的是在空間中制造ZBLAN材料比在地球上容易得多，因為在地球的重力環(huán)境下會導致不希望出現(xiàn)的晶體形成。

如果在地球上制造航天器，航天器上的結(jié)構(gòu)需要被折疊起來，等到送入太空之后再展開。Archinaut具有的一個優(yōu)勢是直接在太空中進行制造，無需折疊。在打印材料足夠充分的情況下，可以制造出非常大的航天器。這種太空直接制造的方式，也減少了對航空器進行“空間優(yōu)化”的需求，實現(xiàn)全新的航天器設(shè)計，同時減少太空發(fā)射的成本。未來，Archinaut也可以用于制造和裝配衛(wèi)星中需要升級的零部件。

聽起來，Archinaut或從SpiderFab的制造理念發(fā)展而來。不用將整個空間結(jié)構(gòu)送入太空，未來火箭可能僅需搭載原材料，然后在軌道上由“蜘蛛制造”系統(tǒng)建造而成。比起平整包裝的碳纖維片材，一個完整的無線電天線將占據(jù)更多空間。人類很快將能像蜘蛛在地面織網(wǎng)一樣，在太空中建造巨大的空間結(jié)構(gòu)。2015年，在NASA的資助下，系繩無限公司（Tethers Unlimited）正在研發(fā)稱為“蜘蛛制造”（SpiderFab）的太空制造系統(tǒng)，可利用蜘蛛形機器人在太空中集成大型空間結(jié)構(gòu)。

“蜘蛛制造”概念的核心是一個多臂機器人，用于部署到太空以建造空間結(jié)構(gòu)組件，從一個“噴絲器”排出并熔合碳纖維條，像地球上織網(wǎng)的蜘蛛一樣沿著桁架網(wǎng)絡(luò)爬動，最終對這些組件進行集成，制造出整個物體。根據(jù)系繩公司的計劃，“蜘蛛制造”系統(tǒng)將能用于建造大型無線電天線、航天器架構(gòu)和太陽能電池陣列。

在地面建造并集成所有部件然后整體發(fā)射入軌的航天器制造模式非常昂貴且耗時，航天器尺寸還會受到折疊并放置在火箭整流罩內(nèi)的可展裝置尺寸的限制。“蜘蛛制造”技術(shù)可降低成本并提高效率。此概念概念需要將碳纖維等原材料送入軌道。在軌道上，機器人利用這些材料建造桁架子結(jié)構(gòu)，并將這些子結(jié)構(gòu)組裝并集成為大型系統(tǒng)。這種方法的潛在效益很多，主要是可以部署比當前火箭整流罩尺寸大得多的孔徑和基線等空間結(jié)構(gòu)。這種方法將為廣泛的NASA、國防部和商業(yè)空間任務帶來更高功率、更高分辨率、更高靈敏度和更大帶寬。此外，太空中建造的物體將比從地面發(fā)射的那些擁有更新、更簡單和更現(xiàn)代化的設(shè)計，因為它們不需要經(jīng)受嚴酷的發(fā)射環(huán)境。這將降低設(shè)計復雜度并減輕系統(tǒng)質(zhì)量，進一步帶來巨大成本節(jié)省。

蜘蛛機器人的制造原理聽起來或許“小眾”，但并不排除這種3D打印技術(shù)應用到基礎(chǔ)工業(yè)制造領(lǐng)域的可能性。2016年，西門子技術(shù)研究院在普林斯頓大學的技術(shù)團隊研發(fā)了一種八條腿的3D打印機器人，它的名字是SiSpis。SiSpis 的外形和工作原理非常像一只蜘蛛，身上裝有一個可擠出PLA 打印材料的3D打印機、相機和激光掃描儀。

SiSpis通過攝像頭和激光掃描儀來分析自己的環(huán)境，并計算自己可以完成哪些工作任務。通過西門子的產(chǎn)品設(shè)計、建模和仿真研究團隊給出的算法，其他蜘蛛將根據(jù)這些數(shù)據(jù)決定他們需要完成的3D打印任務。整個過程可以確保沒有被遺漏的區(qū)域。蜘蛛機器人擠出打印材料的過程，就像蜘蛛吐絲、織網(wǎng)一樣，逐漸完成一個大型物品的3D打印。SiSpis 蜘蛛機器人在每次充電之后可以持續(xù)作業(yè)兩個小時。

來源：3D科學谷

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