在邁向太空製造的一小步中，NASA 正向國際空間站傳送一臺 3D 印表機。宇航員將能夠在約微波爐大小的箱子內製造幾乎任何形狀的塑膠物體——使他們能夠列印新零件以替換損壞的零件，甚至可能發明有用的工具。
此次發射計劃於 9 月 19 日左右進行，這將是 3D 印表機首次在太空飛行。該機構已經接受地面 3D 列印作為一種快速、廉價的方式來製造航天器部件，包括正在為其下一代重型運載火箭測試的火箭發動機元件。NASA 希望這項新能力將使未來的探險者能夠在飛行中製造航天器部件。
太空專家表示，3D 列印的前景是真實的，但與圍繞它的炒作相去甚遠。“在太空愛好者群體中，有一種將 3D 列印視為神奇技術的趨勢——就好像你所要做的就是揮動魔杖，說‘芝麻開門，這是一臺 3D 印表機’，它就會為你建造一個月球基地，”華盛頓特區國家研究委員會高階專案官員 Dwayne Day 說，他負責監督最近一份關於太空 3D 列印的報告（見 go.nature.com/j6z5mq）。Day 說，實際上，這項技術“是正在開發和進步的更廣泛技術基礎的重要組成部分”。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
NASA 選擇的印表機由 Made in Space 公司製造，該公司位於加利福尼亞州莫菲特菲爾德 NASA 艾姆斯研究中心旁邊的科技園。在印表機在空間站停留期間，它將使用熱敏塑膠製造物體，這種塑膠在達到約 225–250 °C 的溫度時可以成型。該團隊對計劃首先列印哪種型別的物體保持沉默，但總體思路是製造在空間站上使用的工具。“如果你的航天器上有 300 種不同的東西可能會損壞，你可能不需要攜帶所有 300 種東西的備件，”Day 說。
Made in Space 印表機也是在接近零重力條件下測試該技術性能的試驗檯。這些機器的工作原理是噴射材料的各個層，這些層堆積起來形成完整的 3D 物體。但在接近失重的環境中，沒有重力將材料固定下來。
在乘坐“嘔吐彗星”飛機（以拋物線飛行以產生幾乎失重條件）的試飛中，Made in Space 發現，當飛機在微重力中迴圈進出時，列印材料的層厚度差異很大。透過修改印表機，該團隊使各層厚度大致相同。
熱問題也可能成為問題。熱量在微重力中的流動方式不同，這可能意味著塑膠的某些部分變得太熱或太冷，以至於列印無法正常工作。“無論它工作得非常出色還是我們遇到一些問題，我們都將學到一些東西，這些東西將有助於未來機器的設計，”該公司研發主管 Michael Snyder 說。
Made in Space 正在考慮明年向空間站傳送第二臺印表機，其中融入了從首次飛行中獲得的經驗的設計變更。為了評估印表機的效能，這次在空間站上製造的零件將被運回地球進行測試，以檢視它們是否與地球製造的材料一樣好用。Day 指出，如果在太空製造的零件的效能至少不如宇航員可能從儲物櫃中取出的備件，那麼在太空製造零件就沒什麼意義。時間也是一個問題：Made in Space 的列印通常需要 20 分鐘到 2 小時，這可能沒有用，具體取決於情況的緊急程度。
回到地球上，NASA 已經找到 3D 列印（也稱為增材製造）可能節省時間和金錢的方法。在阿拉巴馬州亨茨維爾的 NASA 馬歇爾太空飛行中心，工程師們一直在測試使用液體推進劑的火箭發動機的 3D 列印元件。在最近的一個專案中，火箭發動機噴油器的金屬列印件至少降低了該零件 80% 的成本，該零件價值 30 萬美元。另一項即將進行的測試將評估一個更復雜的機械部件的 3D 列印件：燃料渦輪泵，它是火箭發動機的核心。“我們正在尋找在有意義的地方應用增材製造，”馬歇爾的工程師 Nick Case 說。
洛克希德·馬丁空間系統公司位於科羅拉多州利特爾頓的工程師 Slade Gardner 說，設計師可以使用 3D 列印來生產以前在航天器中從未見過的形狀。“我們還有很長的路要走，我們不能用 3D 列印做所有事情，”他說。“但真正的長期目標是一場設計革命。”
本文經許可轉載，最初於 2014 年 9 月 10 日首次發表。