太空制造：無限尺寸高溫FFF 3D打印機(jī)，歐洲航天局資助

導(dǎo)讀：“萬物皆可打印”，這句話在3D打印概念創(chuàng)立的時(shí)候就一直流行至現(xiàn)在。但是，因?yàn)榧夹g(shù)條件、生產(chǎn)空間以及有限的可用材料，這句話一直是一個(gè)可望而不可及的目標(biāo)�，F(xiàn)在，人們似乎能夠利用現(xiàn)有技術(shù)突破單方向打印無限尺寸的零件，并有望成為國際空間站的制造工具。

南極熊獲悉，歐洲航天局（ESA）下的一個(gè)資助項(xiàng)目設(shè)計(jì)并制造了一種用于國際空間站（ISS）的早期FFF 3D打印機(jī)，并在3月初ESA的Advanced Manufacturing研討會(huì)上展示了這款未命名的3D打印機(jī)與相關(guān)功能。機(jī)器兼容高溫工程長(zhǎng)絲，與會(huì)人員目睹了一根1.5米長(zhǎng)的硬質(zhì)聚合物棒制作的全過程。作為ProjectI MPERIAL項(xiàng)目的一部分，這款3D打印系統(tǒng)利用傳送帶組件（理論上）無限長(zhǎng)地3D打印零件。參與項(xiàng)目的財(cái)團(tuán)包括德國航空航天公司OHB和Azimut Space、愛爾蘭共和國阿斯隆技術(shù)學(xué)院以及葡萄牙3D打印機(jī)提供商BEEVERYCREATIVE。

△新的Project IMPERIAL 3D打印機(jī)用于生產(chǎn)1.5m長(zhǎng)的聚合物棒。通過ESA拍攝。

太空工業(yè)級(jí)FFF 3D打印

太空工業(yè)級(jí)打印機(jī)必須遵守許多嚴(yán)格的技術(shù)要求：

• 能夠打印諸如PEEK高性能工程聚合物材料
• 能夠在微重力條件下打印，同時(shí)保持類似地球的零件質(zhì)量
• 能夠在一個(gè)方向上打印無限長(zhǎng)的大型零件
• 系統(tǒng)功耗受到嚴(yán)格限制
• 加工成型的零件無需后處理即可直接使用
  

除此之外，為了確保機(jī)器能夠成功集成到ISS中，在設(shè)計(jì)3D打印機(jī)時(shí)還要考慮原材料的可用性。零件生產(chǎn)后殘留廢料應(yīng)減至最少，并在可能的情況下重復(fù)使用。

△IMPERIAL FFF打印機(jī)，可無限打印

這款在ESA的高級(jí)制造車間展示的1.5m長(zhǎng)的硬質(zhì)聚合物棒是使用比實(shí)際尺寸小得多的3D打印機(jī)制作的。打印機(jī)能夠在單個(gè)方向上打印無限制尺寸的零件。同時(shí)它也是3D打印技術(shù)的地面演示版本，最終打算在國際空間站上使用。ESA高級(jí)制造工程師Advenit Makaya認(rèn)為，為航天器結(jié)構(gòu)零件開發(fā)大型離地制造解決方案是增強(qiáng)未來太空任務(wù)可持續(xù)性和穩(wěn)健性至關(guān)重要的一步。

△國際空間站。圖片來自NASA。

什么是IMPERIAL項(xiàng)目？

這個(gè)名為IMPERIAL的項(xiàng)目旨在開發(fā)克服當(dāng)前3D打印機(jī)構(gòu)造限制的地外制造方法，使機(jī)器構(gòu)造和維護(hù)變得容易，增加未來太空飛行任務(wù)的自給自足性。

△在進(jìn)行IMPERIAL計(jì)劃之前，ESA聯(lián)盟在MELT計(jì)劃下開發(fā)了具有微重力功能的3D打印系統(tǒng)。圖片來自BEEVERYCREATIVE。

ESA材料專家Ugo Lafont說：“通過這項(xiàng)活動(dòng)，我們克服了3D打印的主要限制之一——構(gòu)造體積。同時(shí)使用了能夠處理高性能熱塑性塑料的小型3D打印機(jī)�！� “這是一項(xiàng)偉大的成就，它將擴(kuò)展這種按需制造過程的應(yīng)用領(lǐng)域�！監(jiān)HB項(xiàng)目經(jīng)理Antonella Sgambati也稱，采用高性能聚合物的FFF不受重力環(huán)境影響，為新的挑戰(zhàn)鋪平了道路。在項(xiàng)目中，BEEVERYCREATIVE的原型機(jī)開發(fā)和測(cè)試取得了在單一方向無限打印這一獨(dú)特的成就，使地球以外的制造工藝變成了一種可能。

中國的無限尺寸3D打印機(jī)
深圳創(chuàng)想三維2020年11月在Kickstarter上發(fā)起眾籌，一款名為3DPrintMill的無限Z軸 FDM 3D打印機(jī)。作為一款無限Z軸的打印機(jī)，3DPrint Mill的獨(dú)特之處不僅在于其傳送帶式的打印床，還在于打印頭圍繞的傾斜龍門。這是一種非常特殊的設(shè)計(jì)，它為3D打印機(jī)引入了幾個(gè)理想的特性：連續(xù)打印，以及能夠打印無支撐的懸垂結(jié)構(gòu)。



3DPrintMill的核心是CoreXY（或其變體），與傳統(tǒng)的打印機(jī)相比，關(guān)鍵的區(qū)別在于XY龍門和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是傾斜的。而不是一個(gè)平面的固定區(qū)域的床鋪，它在Z軸上垂直于打印頭移動(dòng)，你有一個(gè)滾動(dòng)的Z軸。由于打印平臺(tái)循環(huán)的運(yùn)動(dòng)，只要已經(jīng)打印的東西可以從傳送帶上拆掉，理論上機(jī)器可以在這個(gè)滾動(dòng)的Z軸上無休止地打印。

參考閱讀：

1. 3D printing, as long as you like
2. 3D printing without length limit
3. ESA CONSORTIUM DEVELOPS HIGH-TEMPERATURE FFF 3D PRINTERFOR THE ISS
4. Project IMPERIAL
5.創(chuàng)想三維無限Z軸、碳纖維傳送帶3D打印機(jī)即將登錄Kickstarter眾籌