德國航空航天中心DLR將在失重環(huán)境測試PBF粉末床金屬3D打印技術

南極熊導讀：德國引領著全球PBF粉末床3D打印技術的發(fā)展，他們的失重環(huán)境下3D打印研究已經(jīng)有長達3年多的經(jīng)驗。

德國航空航天中心（DLR）正在準備發(fā)射失重試驗飛機，測試自2017年以來一直在研發(fā)的零重力條件下的金屬粉末床熔融3D打印制造系統(tǒng)。 這臺機器專門設計成試驗火箭的有效載荷。南極熊了解到，它將于2020年搭載在MAPHEUS火箭上進行發(fā)射。

DLR研究項目的主題是SLS/SLM工藝（選擇性激光燒結或選擇性激光熔化），利用聚焦激光束從粉末層，一層一層地熔化凝固形成所需的零件。這種工藝支持的材料范圍非常廣泛，即使調(diào)整不同的機器參數(shù)，有時也需要進行一系列復雜的測量。

粉末床工藝在準備低重力，一直到完全失重的條件下進行3D打印，最大的挑戰(zhàn)之一是金屬粉末處理。這包括有針對性地應用厚度均勻的密實粉末層，因為這些參數(shù)決定了零件的質(zhì)量和材料性能。這層粉末層還必須在打印床上保持穩(wěn)定，直到激光加工完成后再鋪上下一層粉末層。為了實現(xiàn)這一目標，需要應用氣體流，將粉末有效地 "吸 "到打印床上。這種通過壓力控制來穩(wěn)定粉末的方法，已經(jīng)在以前的失重飛行的各種試驗中進行了測試，顯示出很高的可靠性。

△2017年，DLR的研究人員進行了增材制造的零重力拋物線飛行測試
這種新開發(fā)的實驗3D打印制造裝置，完全自動化，有獨立的能源供應，堅固耐用，足以承受火箭發(fā)射過程中的負荷壓力，而且重量輕。3D打印過程可以通過遙測連接，從地面進行監(jiān)控。在拋物線失重飛行過程中，火箭有效載荷和地面站將并肩工作。除了首次在失重狀態(tài)下測試硬件，還將研究不同的、要求更高的材料（如固體金屬玻璃等）對系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化。

快速成型制造，又稱3D打印，應用廣泛，可以用液體、粉末或絲狀材料制造部件。各類材料，包括金屬、塑料和陶瓷，也包括復合材料，都可以進行3D打印。越來越多的原材料有了3D打印的應用場景。

在太空中使用3D打印技術最重要的優(yōu)勢是，能夠在需求地點就地生產(chǎn)零件。因此，在太空旅行中的應用，在地球軌道上或更遠的地方，例如在月球或火星基地，將是未來人類太空旅行的重要支撐。

這樣的制造工藝，即使在地球上經(jīng)過了充分的試驗，并已準備好投放市場，但要適應重力降低的環(huán)境，困難重重。一方面是對相應的3D打印機的硬件要求有本質(zhì)上的不同；另一方面，在太空旅行中，往往會有更復雜的材料需求。