2025年1月14日，格拉斯哥大學(xué)詹姆斯瓦特工程學(xué)院的研究人員宣稱在太空3D打印領(lǐng)域取得了新的進(jìn)展。Gilles Bailet博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了在微重力環(huán)境下進(jìn)行3D打印的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并已獲得相關(guān)專利。
 

     在地球上廣泛使用的傳統(tǒng)3D打印依賴于擠壓技術(shù)和長(zhǎng)絲材料，然而，這些材料在零重力條件下表現(xiàn)不佳，限制了它們?cè)谔�空制造中的�?yīng)用。Bailet博士的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于顆粒狀材料的新型3D打印方法，這種材料專為微重力和真空環(huán)境設(shè)計(jì)，能夠確保在太空中穩(wěn)定、高效地進(jìn)行打印作業(yè)。
     新系統(tǒng)不僅克服了太空打印的物理限制，還通過(guò)將電子元件直接嵌入到打印材料中，拓展了3D打印技術(shù)的邊界。這種創(chuàng)新方法不僅能夠制造出用于太空任務(wù)的復(fù)雜電子設(shè)備，還能實(shí)現(xiàn)空間系統(tǒng)組件的可回收利用，對(duì)太空可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
 

打印和反重力
       Gilles Bailet博士解釋道，目前，所有進(jìn)入地球軌道的物體都是在地面上制造完畢后，需要通過(guò)火箭發(fā)射進(jìn)入太空。然而，火箭的有效載荷能力受到嚴(yán)格的限制，發(fā)射過(guò)程中，一旦超出機(jī)械限制，便可能導(dǎo)致載荷損壞，從而損失昂貴的貨物。若能在太空中設(shè)置制造設(shè)施，按需生產(chǎn)所需的結(jié)構(gòu)，我們便能擺脫這些載荷限制。這將為設(shè)計(jì)更加雄心勃勃、資源使用更為高效的項(xiàng)目提供可能，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加符合任務(wù)需求，而非僅僅適應(yīng)火箭發(fā)射的限制。
     3D打印能以快速和低成本生產(chǎn)出極為復(fù)雜的材料結(jié)構(gòu)。將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于太空，打印出在軌道上組裝所需的部件，將具有巨大的價(jià)值。然而，地球上的3D打印技術(shù)在太空真空環(huán)境中并不總是可靠。例如，傳統(tǒng)3D打印機(jī)使用的細(xì)絲在微重力和真空條件下往往會(huì)出現(xiàn)斷裂或堵塞問(wèn)題，這在太空中的可靠使用之前需要解決。Bailet補(bǔ)充道：“通過(guò)我們目前的研究，我們已經(jīng)擁有了克服這些問(wèn)題的技術(shù)，這使我們更接近于實(shí)現(xiàn)太空3D打印的目標(biāo)。在未來(lái)幾年內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)有望為全球帶來(lái)積極的影響。”
 

太空中3D打印的優(yōu)勢(shì)
      去年11月，歐洲航天局與法國(guó)波爾多Novespace合作舉辦的第85屆拋物線飛行活動(dòng)中，Gilles Bailet博士的原型演示器成功地在微重力條件下進(jìn)行了測(cè)試。團(tuán)隊(duì)攜帶測(cè)試套件進(jìn)行了三次飛行，經(jīng)歷了90多次短暫的失重狀態(tài)，這些狀態(tài)出現(xiàn)在飛行過(guò)程中的急劇上升和快速下降階段。在每次持續(xù)22秒的失重階段，原型機(jī)的性能和能耗都受到了密切監(jiān)控，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠滿足微重力條件下的預(yù)期效能。
       Gilles Bailet博士表示：“我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室和微重力環(huán)境下對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，并相信它已經(jīng)準(zhǔn)備好按預(yù)期運(yùn)行。這為在太空中3D打印天線和其它航天器部件開(kāi)辟了新的可能性。”
      他還提到：“例如，3D打印太空反射器，正如我的同事Colin McInnes教授在SOLSPACE項(xiàng)目中正在開(kāi)發(fā)的那樣，能夠全天候收集太陽(yáng)能，有助于我們通過(guò)一種全新的低碳發(fā)電方式實(shí)現(xiàn)凈零排放。此外，在太空中生長(zhǎng)的晶體通常比地球上制造的晶體更大、更有序，因此軌道化學(xué)工廠可以生產(chǎn)新的或改良的藥物，并將它送回地面。有研究顯示，在太空中生長(zhǎng)的胰島素效力可能提高9倍，使得糖尿病患者可以每三天注射一次，而不是像現(xiàn)在這樣每天注射三次。”
 

       Bailet博士以及團(tuán)隊(duì)目前正尋求資金支持，以便首次在太空中展示他們的技術(shù)。他們還在英國(guó)航天局的資助下領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)努力，確保未來(lái)的太空制造項(xiàng)目不會(huì)加劇日益嚴(yán)重的太空垃圾問(wèn)題。Bailet博士的太空制造項(xiàng)目開(kāi)發(fā)得到了格拉斯哥大學(xué)格拉斯哥知識(shí)交流基金和EPSRC影響加速賬戶的資助。此外，3D打印太空項(xiàng)目還得到了Colin McInnes教授的RAEng新興技術(shù)講座和RAEng概念驗(yàn)證獎(jiǎng)的支持。

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