太空制造：無限尺寸高溫FFF 3D打印機，歐洲航天局資助

導讀：“萬物皆可打印”，這句話在3D打印概念創(chuàng)立的時候就一直流行至現(xiàn)在。但是，因為技術條件、生產(chǎn)空間以及有限的可用材料，這句話一直是一個可望而不可及的目標�，F(xiàn)在，人們似乎能夠利用現(xiàn)有技術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）下的一個資助項目設計并制造了一種用于國際空間站（ISS）的早期FFF 3D打印機，并在3月初ESA的Advanced Manufacturing研討會上展示了這款未命名的3D打印機與相關功能。機器兼容高溫工程長絲，與會人員目睹了一根1.5米長的硬質(zhì)聚合物棒制作的全過程。作為ProjectI MPERIAL項目的一部分，這款3D打印系統(tǒng)利用傳送帶組件（理論上）無限長地3D打印零件。參與項目的財團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學院以及葡萄牙3D打印機提供商BEEVERYCREATIVE。

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

太空工業(yè)級FFF 3D打印

太空工業(yè)級打印機必須遵守許多嚴格的技術要求：

• 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，同時保持類似地球的零件質(zhì)量
• 能夠在一個方向上打印無限長的大型零件
• 系統(tǒng)功耗受到嚴格限制
• 加工成型的零件無需后處理即可直接使用
  

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

△IMPERIAL FFF打印機，可無限打印

這款在ESA的高級制造車間展示的1.5m長的硬質(zhì)聚合物棒是使用比實際尺寸小得多的3D打印機制作的。打印機能夠在單個方向上打印無限制尺寸的零件。同時它也是3D打印技術的地面演示版本，最終打算在國際空間站上使用。ESA高級制造工程師Advenit Makaya認為，為航天器結(jié)構零件開發(fā)大型離地制造解決方案是增強未來太空任務可持續(xù)性和穩(wěn)健性至關重要的一步。

△國際空間站。圖片來自NASA。

什么是IMPERIAL項目？

這個名為IMPERIAL的項目旨在開發(fā)克服當前3D打印機構造限制的地外制造方法，使機器構造和維護變得容易，增加未來太空飛行任務的自給自足性。

△在進行IMPERIAL計劃之前，ESA聯(lián)盟在MELT計劃下開發(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：“通過這項活動，我們克服了3D打印的主要限制之一——構造體積。同時使用了能夠處理高性能熱塑性塑料的小型3D打印機�！� “這是一項偉大的成就，它將擴展這種按需制造過程的應用領域。”O(jiān)HB項目經(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。在項目中，BEEVERYCREATIVE的原型機開發(fā)和測試取得了在單一方向無限打印這一獨特的成就，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
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。作為一款無限Z軸的打印機，3DPrint Mill的獨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計，它為3D打印機引入了幾個理想的特性：連續(xù)打印，以及能夠打印無支撐的懸垂結(jié)構。



3DPrintMill的核心是CoreXY（或其變體），與傳統(tǒng)的打印機相比，關鍵的區(qū)別在于XY龍門和運動系統(tǒng)是傾斜的。而不是一個平面的固定區(qū)域的床鋪，它在Z軸上垂直于打印頭移動，你有一個滾動的Z軸。由于打印平臺循環(huán)的運動，只要已經(jīng)打印的東西可以從傳送帶上拆掉，理論上機器可以在這個滾動的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打印機即將登錄Kickstarter眾籌