世界上第一台用于太空的金属3D打印机正在前往国际空间站的路上

空中客车公司*为欧洲航天局（ESA）开发的第一台太空金属3D打印机将很快在国际空间站（ISS）的哥伦布舱上进行测试。它可能会真正改变太空制造和未来月球或火星任务的游戏规则。

增材制造（AM）是一种工业过程，它为零件的设计开辟了新的途径。从日常到令人惊讶，它有很多用途：从简单的维修到生物墨水植入，从打印整栋房子到生产航天器零件。

金属3D打印让宇航员的生活更轻松

国际空间站上已经有几台塑料3D打印机，第一台于2014年抵达。宇航员已经用它们来更换或修理塑料部件，因为太空日常生活的主要问题之一是设备的供应，这可能需要几个月的时间才能到达。但并不是所有东西都可以用塑料制成…

未来几十年，这种后勤限制将在未来的月球和火星站上加剧。尽管原材料仍需投放，但打印零件仍比将其整体运输到最终目的地更高效。

Gwenaëlle Aridon，空中客车公司太空组件首席工程师，说：“金属3D打印机将带来新的在轨制造能力，包括生产比塑料同等产品更有弹性的承重结构部件的可能性。宇航员将能够直接制造扳手或安装接口等工具，将多个部件连接在一起。3D打印的灵活性和快速可用性将大大提高提高宇航员的自主权。”

在太空中打印金属的挑战

虽然3D打印过程在地球上已经掌握，但在太空中打印金属也面临着一系列技术挑战。空中客车公司金属3D打印机系统工程师Sébastien Girault解释道。“这个技术演示器的第一个挑战是尺寸。在地球上，目前的金属3D打印机安装在至少10平方米的实验室中，”他说。“为了为国际空间站创建原型，我们必须将打印机缩小到洗衣机的大小”。这种小型化是必要的，以便安装在国际空间站哥伦布实验室打印机所在的机架内。Girault说：“在这种尺寸下，我们可以打印出高9厘米、宽5厘米的零件

第二个挑战是安全：保护国际空间站免受激光及其产生的热量造成的侵蚀性打印环境的影响。打印机放在一个密封的金属盒子里，它就像一个保险箱。与塑料的熔点约为200°C相比，与该工艺兼容的金属合金的熔点可远高于1200°C，这意味着严格的热控制。

Girault说：“重力管理也是关键，这就是我们选择丝网印刷技术的原因。丝网与重力无关，而粉末印刷系统总是必须掉到地上”。

无论是塑料还是金属，排放的烟雾都必须经过过滤器处理并在机器内部捕获，这样它们就不会污染国际空间站内部的空气。Aridon说：“安全和污染不仅是国际空间站的关键驱动因素，也是未来在月球上使用的关键驱动力”。

金属印刷适合微重力环境吗？‘

这是团队要回答的问题之一。这项实验将使用两台打印机：国际空间站内的“飞行模型”；以及地球上的“工程模型”。宇航员将在太空中打印四个样本，这些样本将被送回地球进行分析。将使用工程模型打印机制造相同的试样。Girault解释道：“为了评估微重力的影响，欧空局和丹麦技术大学将对太空中制造的零件进行机械强度和弯曲测试以及微观结构分析，并将其与其他样品进行比较”。

将在ISS上打印的四个金属3D样本中的第一个

月亮在我们的视线中

国际空间站上的金属3D打印将有助于提高对轨道上金属打印质量的理解，并为在太空中操作金属3D打印机提供有价值的见解。在太空打印结构部件是准备人类在月球上持续存在所需技术的重要一步。

Aridon强调：“提高太空增材制造的成熟度和自动化水平可能会改变支持地球以外生命的游戏规则。”。“超越国际空间站思考，其应用可能会令人惊叹。想象一下，一台金属打印机使用改造后的风化层（月尘）或回收材料建造月球基地！”

*金属3D打印机是由一个财团开发的，该财团由空中客车防务与航天公司、AddUp、克兰菲尔德大学和Highftech Engineering组成，由欧洲航天局（ESA）资助。本文所表达的观点决不能被视为反映欧空局的官方意见。

关键数字：

打印机尺寸：80 x 70 x 40厘米

印刷件尺寸：9 x 5厘米

所用原材料：不锈钢丝

用途：修理或制造工具、安装接口和机械零件

要在空间中打印的零件数量：4个样本

打印零件所需的时间：约40小时