中国3D打印进入太空

2020年5月11日

2020年5月5日,多家媒体报道在首飞成功的长征五号B运载火箭上,搭载着我国新一代载人飞船试验船,船上还搭载了一台3D打印机,成功完成3D打印。这是我国首次进行太空3D打印实验,也是国际上第一次在微重力环境中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验,在空间站中进行3D打印实验,为了日后支持空间站的在轨长期有人照料的运行维护甚至扩建。

中国3D打印走向太空,作为在3D打印行业深耕多年的柔性制造探路者,我们感到很欣喜和振奋!3D打印技术能够帮助太空探索任务,解决设备和材料的“补给线问题”,正是价值之所在,在地球上尚且如此,在太空中,这个价值被更加放大!

哈勃太空望远镜整个修复过程就是个很好的案例。升空数年后,由于镜面制造出现微小误差,哈勃太空望远镜直接变成了“放大镜”。在当时的技术条件下,只能再进行一次航天发射,专门为哈勃望远镜安装“望远镜片”。耗费4年时间和数亿美元,从地面制造、空地运输到空间装配等操作,最终,这台精密设备才恢复正常。

1997年,宇航员史蒂夫-史密斯拍摄到同伴马克-李(MarkLee)第二次哈勃维修任务中的太空照

 

“我们具备了在空间站里造东西的能力的话,那么我们可以实现按需制造”

-航天科技集团五院529厂复合材料3D打印系统负责人祁俊峰

 

那么,在太空环境/微重力环境的空间站中进行3D打印的优势和可能遇到的问题都有哪些?我们先来看看优势:

 

按需制造

3D打印可以有效解决空间站配品配件不足的问题,应用3D打印技术,可以实现按需制造需求零件,甚至实现空间站的“在轨扩建”。如今,有了太空3D打印,哈勃望远镜遇到的“眼疾”就可以在太空就地进行“手术”。​

零库存供应链

在俄罗斯铁路行业,工程师们使用3D打印机打印已经停产的零件。同理,在空间站中,在站人员很可能会遇到太空工具零配件库存问题。空间站配品配件的替换,运输成本高,时间长,而3D打印可以实现配品配件快速经济的更换。零库存供应链是柔性制造的一大优势。

零技能学习成本

众所周知,FDM3D打印技术学习成本低,对使用人员无机加工技能要求,操作简单。

 设想一下,如果你是一位宇航员,你所在的空间站的水氧混合器被陨石或者太空垃圾破坏,为了生存下去,你可能没有几天时间等待下一批补给运输带来损坏水氧混合器配件的替代品,这时,3D打印机就会派上用场,甚至能拯救很多人的生命。FDM3D打印技术的小批量和定制化特点和极端的太空环境是天作之合。

 

国际社会在太空3D打印方面做出的探索

2014年,国际空间站的太空3D打印机已经打印出第一个物件,为未来的长期太空探索任务铺平了道路。打印的物品是一个刻有NASA和太空制造公司(Made In Space, Inc)名称的铭牌,太空制造公司是一家与NASA合作设计、制造和测试3D打印机的企业。

图片来源:NASA官网

这张以太空3D打印机为主体的照片摄于2014年4月,当时美国国家航空航天局位于阿拉巴马州的马歇尔航空中心正在进行验收测试,随后这台3D打印机由SpaceX商业补给任务船运送到空间站。

第一批在太空打印的零件于2015年被带回地球,并与发射前在地面3D打印机上打印的样品进行详细分析和比较。分析的目标是验证3D打印结果在微重力条件下与在地球上的相同。

在空间站上测试3D打印机是在太空中建立一个“生产车间”的第一步。应用3D打印能力会降低空间站的成本和风险,长期的太空任务将大大受益于机载制造能力。在这次技术demo中收集的数据和经验将改进未来太空项目的3D打印技术,为宇航员提供更大程度的自主性和灵活性。

在未来,太空3D打印机的发展对于解决人类探索外太空的补给问题尤为重要。

如果太空3D打印技术不断发展,轨道设施或者地面基地甚至可以就地取材,将一些太空垃圾作为原材料,实现循环利用,如此大大降低太空项目对地面发射能力的依赖。

在人类探索太空过程中,设备和原材料的“补给线问题”,一直阻碍着人类探索“终极边疆”。随着太空3D打印技术的不断发展,实现航天器零部件的“自给自足”正在成为可能。

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