格拉斯哥大學開發(fā)一種零重力3D打印技術(shù)，或?qū)⒏淖兲�空建設(shè)方式

2025年1月14日，南極熊獲悉，格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的研究人員宣稱在太空3D打印領(lǐng)域取得了新的進展。Gilles Bailet博士領(lǐng)導的團隊成功開發(fā)了一種創(chuàng)新系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了在微重力環(huán)境下進行3D打印的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并已獲得相關(guān)專利。

△格拉斯哥大學的Gilles Bailet博士開發(fā)了可以克服零重力條件下的3D打印系統(tǒng)

在地球上廣泛使用的傳統(tǒng)3D打印依賴于擠壓技術(shù)和長絲材料，然而，這些材料在零重力條件下表現(xiàn)不佳，限制了它們在太空制造中的應(yīng)用。Bailet博士的研究團隊開發(fā)了一種基于顆粒狀材料的新型3D打印方法，這種材料專為微重力和真空環(huán)境設(shè)計，能夠確保在太空中穩(wěn)定、高效地進行打印作業(yè)。

新系統(tǒng)不僅克服了太空打印的物理限制，還通過將電子元件直接嵌入到打印材料中，拓展了3D打印技術(shù)的邊界。這種創(chuàng)新方法不僅能夠制造出用于太空任務(wù)的復雜電子設(shè)備，還能實現(xiàn)空間系統(tǒng)組件的可回收利用，對太空可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

△Bailet博士和他的同事在零重力飛機上測試了3D打印機

打印和反重力

Gilles Bailet博士解釋道，目前，所有進入地球軌道的物體都是在地面上制造完畢后，需要通過火箭發(fā)射進入太空。然而，火箭的有效載荷能力受到嚴格的限制，發(fā)射過程中，一旦超出機械限制，便可能導致載荷損壞，從而損失昂貴的貨物。若能在太空中設(shè)置制造設(shè)施，按需生產(chǎn)所需的結(jié)構(gòu)，我們便能擺脫這些載荷限制。這將為設(shè)計更加雄心勃勃、資源使用更為高效的項目提供可能，使系統(tǒng)設(shè)計更加符合任務(wù)需求，而非僅僅適應(yīng)火箭發(fā)射的限制。

3D打印能以快速和低成本生產(chǎn)出極為復雜的材料結(jié)構(gòu)。將這項技術(shù)應(yīng)用于太空，打印出在軌道上組裝所需的部件，將具有巨大的價值。然而，地球上的3D打印技術(shù)在太空真空環(huán)境中并不總是可靠。例如，傳統(tǒng)3D打印機使用的細絲在微重力和真空條件下往往會出現(xiàn)斷裂或堵塞問題，這在太空中的可靠使用之前需要解決。

Bailet補充道：“通過我們目前的研究，我們已經(jīng)擁有了克服這些問題的技術(shù)，這使我們更接近于實現(xiàn)太空3D打印的目標。在未來幾年內(nèi)，這項技術(shù)有望為全球帶來積極的影響。”

△正在測試中的零重力3D打印系統(tǒng)特寫

太空中3D打印的優(yōu)勢

去年11月，歐洲航天局與法國波爾多Novespace合作舉辦的第85屆拋物線飛行活動中，Gilles Bailet博士的原型演示器成功地在微重力條件下進行了測試。團隊攜帶測試套件進行了三次飛行，經(jīng)歷了90多次短暫的失重狀態(tài)，這些狀態(tài)出現(xiàn)在飛行過程中的急劇上升和快速下降階段。在每次持續(xù)22秒的失重階段，原型機的性能和能耗都受到了密切監(jiān)控，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠滿足微重力條件下的預期效能。

Gilles Bailet博士表示：“我們已經(jīng)在實驗室和微重力環(huán)境下對這項技術(shù)進行了廣泛的測試，并相信它已經(jīng)準備好按預期運行。這為在太空中3D打印天線和其它航天器部件開辟了新的可能性�！�

他還提到：“例如，3D打印太空反射器，正如我的同事Colin McInnes教授在SOLSPACE項目中正在開發(fā)的那樣，能夠全天候收集太陽能，有助于我們通過一種全新的低碳發(fā)電方式實現(xiàn)凈零排放。此外，在太空中生長的晶體通常比地球上制造的晶體更大、更有序，因此軌道化學工廠可以生產(chǎn)新的或改良的藥物，并將它送回地面。有研究顯示，在太空中生長的胰島素效力可能提高9倍，使得糖尿病患者可以每三天注射一次，而不是像現(xiàn)在這樣每天注射三次�！�

△航天公司可以通過3D打印技術(shù)更容易維修太空站

Bailet博士以及團隊目前正尋求資金支持，以便首次在太空中展示他們的技術(shù)。他們還在英國航天局的資助下領(lǐng)導了一項努力，確保未來的太空制造項目不會加劇日益嚴重的太空垃圾問題。

Bailet博士的太空制造項目開發(fā)得到了格拉斯哥大學格拉斯哥知識交流基金和EPSRC影響加速賬戶的資助。此外，3D打印太空項目還得到了Colin McInnes教授的RAEng新興技術(shù)講座和RAEng概念驗證獎的支持。