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

南極熊導(dǎo)讀：德國(guó)引領(lǐng)著全球PBF粉末床3D打印技術(shù)的發(fā)展，他們的失重環(huán)境下3D打印研究已經(jīng)有長(zhǎng)達(dá)3年多的經(jīng)驗(yàn)。

德國(guó)航空航天中心（DLR）正在準(zhǔn)備發(fā)射失重試驗(yàn)飛機(jī)，測(cè)試自2017年以來(lái)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(tái)機(jī)器專門設(shè)計(jì)成試驗(yàn)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(jìn)行發(fā)射。

DLR研究項(xiàng)目的主題是SLS/SLM工藝（選擇性激光燒結(jié)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(jī)器參數(shù)，有時(shí)也需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的測(cè)量。

粉末床工藝在準(zhǔn)備低重力，一直到完全失重的條件下進(jìn)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(duì)性地應(yīng)用厚度均勻的密實(shí)粉末層，因?yàn)檫@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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要應(yīng)用氣體流，將粉末有效地 "吸 "到打印床上。這種通過(guò)壓力控制來(lái)穩(wěn)定粉末的方法，已經(jīng)在以前的失重飛行的各種試驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試，顯示出很高的可靠性。

△2017年，DLR的研究人員進(jìn)行了增材制造的零重力拋物線飛行測(cè)試
這種新開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)3D打印制造裝置，完全自動(dòng)化，有獨(dú)立的能源供應(yīng)，堅(jiān)固耐用，足以承受火箭發(fā)射過(guò)程中的負(fù)荷壓力，而且重量輕。3D打印過(guò)程可以通過(guò)遙測(cè)連接，從地面進(jìn)行監(jiān)控。在拋物線失重飛行過(guò)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(cè)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(duì)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化。

快速成型制造，又稱3D打印，應(yīng)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(fù)合材料，都可以進(jìn)行3D打印。越來(lái)越多的原材料有了3D打印的應(yīng)用場(chǎng)景。

在太空中使用3D打印技術(shù)最重要的優(yōu)勢(shì)是，能夠在需求地點(diǎn)就地生產(chǎn)零件。因此，在太空旅行中的應(yīng)用，在地球軌道上或更遠(yuǎn)的地方，例如在月球或火星基地，將是未來(lái)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(guò)了充分的試驗(yàn)，并已準(zhǔn)備好投放市場(chǎng)，但要適應(yīng)重力降低的環(huán)境，困難重重。一方面是對(duì)相應(yīng)的3D打印機(jī)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(huì)有更復(fù)雜的材料需求。