Photocentric推出專(zhuān)為太空環(huán)境設(shè)計(jì)的高速樹(shù)脂3D打印機(jī)CosmicMaker

2025年3月30日，南極熊獲悉，3D打印機(jī)和材料制造商Photocentric推出了一款專(zhuān)為太空環(huán)境設(shè)計(jì)的高速3D打印機(jī)CosmicMaker。這款設(shè)備在微重力條件下具有獨(dú)特的功能，能夠?qū)⒁簯B(tài)樹(shù)脂固化成固體部件，從而實(shí)現(xiàn)直接在軌道上制造零部件，顯著提高宇航員的自給自足能力。

△CosmicMaker經(jīng)過(guò)了包括完整360度反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的測(cè)試�？芍圃鞆乃芰系教沾傻母鞣N產(chǎn)品

CosmicMaker是這家總部位于英國(guó)的公司的最新創(chuàng)新成果，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)基于液晶顯示器 (LCD) 的樹(shù)脂3D印機(jī)和光聚合物材料。目前，該公司已完成原型機(jī)的測(cè)試，在模擬微重力實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)從多個(gè)角度觀察了樹(shù)脂的固化行為。公司計(jì)劃下一步在拋物線(xiàn)飛行中進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證它在實(shí)際太空環(huán)境中的性能。

雖然Photocentric尚未公布CosmicMaker發(fā)射的具體時(shí)間表，但由于它們正在與歐洲航天局(ESA) 的在軌制造加速器（一個(gè)旨在幫助公司打造太空技術(shù)的項(xiàng)目）合作，表明該3D打印機(jī)未來(lái)有望被送往國(guó)際空間站（ISS）進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

通過(guò)3D打印技術(shù)減少航天運(yùn)輸成本

目前，太空運(yùn)輸成本極其昂貴。自2021年起，將每公斤貨物送至國(guó)際空間站的成本約為2萬(wàn)美元。這一數(shù)字較前幾年有所上漲；例如，2019年，NASA對(duì)送往國(guó)際空間站的貨物（upmass）的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為每公斤3000美元。然而，到了2021年，NASA進(jìn)一步提高了運(yùn)送貨物到國(guó)際空間站的費(fèi)用。

除了數(shù)千美元的發(fā)射費(fèi)用之外，補(bǔ)給任務(wù)的安排通常需要提前數(shù)月進(jìn)行，幾乎沒(méi)有靈活性。如果宇航員急需某個(gè)關(guān)鍵工具或替換部件，他們可能不得不等待下一次發(fā)射，這可能意味著數(shù)周甚至數(shù)月的延遲。

即便任務(wù)已經(jīng)安排好，發(fā)射過(guò)程也可能因?yàn)樘鞖狻⒓夹g(shù)故障或任務(wù)優(yōu)先級(jí)的變化而遭遇推遲。對(duì)于航天任務(wù)而言，情況更為嚴(yán)峻，因?yàn)檠a(bǔ)給飛行可能根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，配備一臺(tái)如CosmicMaker這樣的3D打印機(jī)在飛船上顯得至關(guān)重要。它使得宇航員能夠在需要時(shí)即刻打印所需物品，從而減少對(duì)地球的依賴(lài)。

△CosmicMaker打印工藝示意

英國(guó)航天3D打印機(jī)CosmicMaker

Photocentric表示，在太空應(yīng)用方面，CosmicMaker相較于其它3D打印機(jī)具備幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。迄今為止，大多數(shù)太空3D打印機(jī)采用的是熔融沉積建模（FDM）技術(shù)來(lái)制造塑料部件，例如自2014年起在國(guó)際空間站上運(yùn)行的Made In Space（現(xiàn)為Redwire）的增材制造設(shè)施（AMF）和Refabricator。

相比之下，CosmicMaker采用基于液晶顯示器（LCD）的樹(shù)脂打印技術(shù)。這種方法更為緊湊、節(jié)能，并且速度更快。不同于需要高溫熔化塑料絲材的FDM，LCD樹(shù)脂打印通過(guò)光固化將液態(tài)樹(shù)脂直接轉(zhuǎn)化為固體。Photocentric指出，在航天器中，能源效率和穩(wěn)定的控制環(huán)境至關(guān)重要，因此避免產(chǎn)生額外熱量是一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。

在微重力環(huán)境下使用液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)行打印帶來(lái)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，因?yàn)榱黧w行為在此環(huán)境下變得難以預(yù)測(cè)。若無(wú)適當(dāng)控制，樹(shù)脂可能會(huì)四處漂移，形成懸浮的液滴。為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，CosmicMaker配備了一個(gè)密封的雙腔系統(tǒng)，確�！皹�(shù)脂流動(dòng)穩(wěn)定”，從而使得材料保持在預(yù)定位置。這允許宇航員打印出精確且功能完善的部件，而無(wú)需擔(dān)心散落的液滴干擾到任何設(shè)備。

此外，CosmicMaker的打印速度也是一大亮點(diǎn)。Photocentric聲稱(chēng)這款打印機(jī)每天能夠生產(chǎn)出高達(dá)兩噸的塑料部件。盡管在微重力環(huán)境中可能難以達(dá)到此數(shù)字，但該系統(tǒng)的高效率使它成為按需打印備件、工具和關(guān)鍵任務(wù)物品的理想選擇之一。

△CosmicMaker打印的樣品。從左到右：氧化鋁、碳化硅

航天3D打印技術(shù)發(fā)展的潛力

目前，Photocentric正與歐洲航天局緊密合作。除了生產(chǎn)簡(jiǎn)單的塑料部件，公司還致力于開(kāi)發(fā)在太空中打印復(fù)雜碳化硅部件的技術(shù)。碳化硅具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)和耐極端溫度與輻射的特性，使它成為太空應(yīng)用的理想材料。若宇航員能在太空中制造這些部件，它們將能夠?yàn)樾l(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡，乃至未來(lái)月球或火星基地構(gòu)建高性能系統(tǒng)，而無(wú)需依賴(lài)地球的物資補(bǔ)給。

展望未來(lái)，航天3D打印技術(shù)的開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)太空任務(wù)自主化宏大目標(biāo)的一部分。隨著Photocentric等公司不斷優(yōu)化這些技術(shù)，我們有望見(jiàn)證太空工廠的興起，它們將能夠生產(chǎn)從工具到航天器部件等各種必需品。