格拉斯哥大學(xué)研發(fā)微重力3D打印系統(tǒng)

2025年1月，南極熊獲悉，University of Glasgow（格拉斯哥大學(xué)）的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種專(zhuān)門(mén)為微重力環(huán)境設(shè)計(jì)的3D打印系統(tǒng)，這項(xiàng)新技術(shù)有望改變?nèi)祟?lèi)對(duì)太空制造的理解和實(shí)踐方式。


△一名研究人員在拋物線飛行中的微重力模擬中評(píng)估 3D 打印系統(tǒng)

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Dr. Gilles Bailet已經(jīng)申請(qǐng)了專(zhuān)利，有望解決在太空中使用增材制造時(shí)遇到的各種難題。例如，在地球上使用的傳統(tǒng)3D打印機(jī)依賴于重力來(lái)穩(wěn)定材料流動(dòng)，但在微重力環(huán)境下，這種穩(wěn)定性會(huì)喪失，導(dǎo)致打印失敗。而新系統(tǒng)則使用顆粒狀材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線材，確保即使在失重狀態(tài)下也能流暢工作，不僅提高了打印的一致性，還加快了打印速度。

合作與支持：多方力量助力科技革新
項(xiàng)目獲得了來(lái)自多個(gè)渠道的支持，包括Glasgow Knowledge Exchange Fund、EPSRC Impact Acceleration Account, 以及 RAEng Chair in Emerging Technologies，這些資助對(duì)于推動(dòng)研究進(jìn)展起到了關(guān)鍵作用。此外，英國(guó)航天局也加入了合作，幫助研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)太空垃圾問(wèn)題，確保未來(lái)的太空探索不會(huì)增加軌道污染。

在軌演示：邁向?qū)嶋H應(yīng)用的重要一步
為了證明該技術(shù)的有效性，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行首次在軌演示，這次測(cè)試將展示新型3D打印機(jī)是否能夠在真實(shí)的太空環(huán)境中正常運(yùn)作。如果成功，這將是向?qū)嵱没�邁進(jìn)的重要一步。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也在積極尋求額外的資金支持，以進(jìn)一步完善技術(shù)和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。



解決現(xiàn)有局限：克服地球3D打印系統(tǒng)的障礙
Bailet博士指出，當(dāng)前所有進(jìn)入地球軌道的設(shè)備都是先在地面上建造好再通過(guò)火箭發(fā)射升空，所有的部件都必須符合嚴(yán)格的重量和體積限制，在發(fā)射過(guò)程中由于機(jī)械應(yīng)力過(guò)大，可能會(huì)損壞昂貴的貨物。

相比之下，如果可以在太空中直接打印所需的結(jié)構(gòu)或零件，就能擺脫這些限制。人們可以建造更大、更復(fù)雜的東西，并且可以根據(jù)任務(wù)需求優(yōu)化設(shè)計(jì)，而不是被火箭發(fā)射條件所束縛。

微重力試驗(yàn)：從理論到實(shí)踐的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換
為了驗(yàn)證新系統(tǒng)的可行性，研究團(tuán)隊(duì)參加了歐洲航天局組織的“拋物線飛行”活動(dòng)。這類(lèi)飛行通過(guò)快速上升和下降模擬出短暫的失重狀態(tài)，非常適合用來(lái)測(cè)試太空技術(shù)。在整個(gè)飛行過(guò)程中，研究人員利用超過(guò)90次這樣的失重瞬間對(duì)3D打印系統(tǒng)進(jìn)行了全面評(píng)估。

結(jié)果顯示，新的3D打印技術(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，能夠可靠地完成打印任務(wù)。更重要的是，它解決了傳統(tǒng)絲材打印機(jī)在真空條件下容易堵塞的問(wèn)題，為未來(lái)長(zhǎng)期的太空任務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。



無(wú)限潛力：從能源收集到醫(yī)療革命
Bailet博士強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。比如，可以用它來(lái)制造空間太陽(yáng)能反射器，這些反射器可以全天候收集太陽(yáng)能，從而提供持續(xù)穩(wěn)定的低碳電力供應(yīng)；還可以構(gòu)建高性能通信天線，改善地面與衛(wèi)星之間的通訊質(zhì)量；甚至有可能革新制藥行業(yè)，在微重力環(huán)境下生產(chǎn)的藥物可能會(huì)更加有效。研究表明，在微重力中制造的胰島素效力可能是地球上的九倍。這意味著，一旦這項(xiàng)技術(shù)成熟并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，將大大提升藥物的效果，給患者帶來(lái)福音。

展望未來(lái)：太空成為下一個(gè)制造業(yè)中心
隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始設(shè)想一個(gè)全新的未來(lái)：太空不再僅僅是探索的目的地，而是變成了一個(gè)活躍的制造業(yè)樞紐。2016年，NASA承包商Techshot就曾與nScrypt及Bioficial Organs合作，在零重力公司運(yùn)營(yíng)的飛機(jī)上成功測(cè)試了一款生物3D打印機(jī)，證明了在微重力環(huán)境下可以精確打印心臟和血管結(jié)構(gòu)，無(wú)需像地球上那樣需要額外支撐材料。這表明，微重力環(huán)境或許能提高生物打印的精度，為復(fù)雜的組織工程開(kāi)辟新的可能性。

2024年，AddUp公司與空中客車(chē)防務(wù)及空間部門(mén)攜手，在ESA的“Metal3D”項(xiàng)目下開(kāi)發(fā)了一款金屬3D打印機(jī)，并將其送上了國(guó)際空間站。這款打印機(jī)采用了基于金屬絲的3D打印技術(shù)，適用于處理微重力和極端溫度條件，標(biāo)志著太空制造技術(shù)又向前邁進(jìn)了一步。

總之，格拉斯哥大學(xué)的研究成果不僅僅是技術(shù)上的進(jìn)步，更是對(duì)未來(lái)太空探索和人類(lèi)生活質(zhì)量提升的美好愿景。隨著更多類(lèi)似技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，我們可以期待看到更多激動(dòng)人心的變化發(fā)生在不遠(yuǎn)的將來(lái)。