2024年8月梢苍，在國際空間站（以下簡稱ISS）上實現(xiàn)了一項具有劃時代意義的突破——首次于太空成功運用3D打印技術制造出金屬部件稼那。  

這一成就標志著太空制造業(yè)領域實現(xiàn)了重大跨越微惦，為未來可能依賴于軌道生產與維修的任務開辟了嶄新的路徑豌淹。由歐洲航天局（以下簡稱ESA）引領的這一開創(chuàng)性任務，證明了在微重力環(huán)境下打印金屬部件不僅可行婶耕，而且對未來太空探索至關重要。                

由空客及其合作伙伴在ESA資助下研發(fā)的金屬3D打印機于 2024年1月抵達ISS牢辣。該打印機的核心目標是為了探索在太空這種獨特環(huán)境下打印金屬部件的可行性赖厅。5 月，在ESA宇航員Andreas Mogensen的帶領下晾咪，打印機被裝配至 ISS 的哥倫布號實驗艙上收擦，并著手為打印作業(yè)進行籌備。  

這一成就并非單槍匹馬取得的谍倦∪福空客防務與航天公司負責開發(fā)3D打印機，法國金屬增材制造硬件公司 AddUp 以及克蘭菲爾德大學和 Highftech Engineering 也提供了重要支持昼蛀。在ESA的引領下宴猾，尖端技術得以進入太空，為未來制造技術的進步鋪平了道路叼旋。   

在太空中生產金屬部件標志著未來太空任務的一項關鍵里程碑仇哆。傳統(tǒng)上沦辙，太空探索所需的所有部件都必須在地球上生產并運輸?shù)杰壍溃@一過程成本高昂且物流復雜讹剔。然而油讯，伴隨金屬3D打印技術于ISS的應用，宇航員有望能在軌道直接制造工具延欠、部件甚至是替換零件陌兑。這種能力能夠節(jié)省時間、降低成本禽虹，并增進太空任務的自給自足能力素司，特別是長期任務。  

由于微重力的影響划万，太空制造比地球上復雜得多嘴略。傳統(tǒng)的制造方式倚重重力來定位材料和引導工藝流程。而在微重力環(huán)境下招蠕，熔融金屬沉積等過程的表現(xiàn)難以預測卑蚓。因此，工程師們必須開發(fā)新的策略和技術倾莽，以使3D打印過程適應這些具有挑戰(zhàn)性的條件径泉。ISS為這些挑戰(zhàn)并開發(fā)可行的解決方案提供了獨特的測試平臺。  

最為直接的益處在于能夠依照需求制造備用零件與工具板刑。這在前往火星或月球等長期任務中非常寶貴缰兄，因為從地球進行補給任務往往不切實際。另外邑键，太空制造還可以實現(xiàn)大型結構的建造上煤，這些結構從地球發(fā)射可能非常困難或根本無法實現(xiàn)，包括從衛(wèi)星到太空棲息地的一切事物著淆。  

打印機抵達ISS后劫狠，接下來的關鍵步驟便是安裝。哥倫布號實驗艙成為了它的 “家”永部，宇航員Andreas Mogensen在安裝機器方面發(fā)揮了關鍵作用独泞。安裝過程中的一個重要環(huán)節(jié)是密封打印機的門，以營造一個安全苔埋、成功操作所必需的受控環(huán)境懦砂。鑒于在太空中操作高功率激光的安全性考量，這些初始步驟對于保障宇航員安全和設備的完整性極其重要组橄。

在整個項目中荞膘，安全是首要任務。打印機被密封以防止任何有害氣體或顆粒逸出到ISS 大氣層晨炕。這一過程還包括仔細控制打印機內部環(huán)境衫画，以最大限度地降低操作過程中的風險毫炉。打印機內部的空氣被加以調整以降低氧氣含量，這有助于削減金屬打印過程中因高溫而引發(fā)的燃燒風險树季。  

3D打印的實際過程始于不銹鋼的沉積垄套。與使用塑料線材的傳統(tǒng)桌面3D打印機不同，這款打印機使用由強力激光熔化的不銹鋼絲令叉，高功率激光使金屬絲的溫度達到1200°C以上沦浆，然后逐層沉積到移動的平臺上。隨著時間的推移溜帐，零件會逐漸成型将盾，每一層都精心構建在前一層之上。

在全面生產之前勃核，團隊進行了一系列調試測試再僧，以確保打印機的所有子系統(tǒng)正常運行。這些測試對于驗證線材輸送系統(tǒng)俩孽、激光器和移動平臺等組件是否正確同步至關重要猬听。測試還確保了打印機能夠在微重力環(huán)境下以精確控制沉積金屬，從而成功進行3D打印患达。

打印過程的首要步驟是構建一個簡易的2D形狀：字母“S”记令，這可以表明打印機能夠以準確的形狀沉積材料。首席工程師Anthony Lecossais將此步驟描述為系統(tǒng)能夠處理2D打印的首次成功測試习劫。接踵而來的挑戰(zhàn)是將2D打印提升至3D打印咆瘟，這牽涉到在彼此之上沉積多層材料，以塑造一個全然三維的物體诽里。

向3D打印技術的轉變并非毫無挑戰(zhàn)袒餐。在微重力環(huán)境中進行打印帶來了獨有的挑戰(zhàn)，例如確保每一層均正確對齊谤狡。這個細致的過程需要ISS和地面控制之間的持續(xù)反饋匿乃，打印操作通常被分成短序列，然后進行評估和調整豌汇。

3D打印過程中最為關鍵的要點在于確保每一層金屬的沉積高度精準無誤，哪怕是細微的偏差都有可能影響最終產品的結構完整性泄隔。團隊對每一層的高度予以監(jiān)控拒贱，并在層與層之間實施校準調整，以保證最終的成品能夠契合必要的規(guī)格要求佛嬉。  

截至2024年7月中旬逻澳，團隊已經(jīng)成功打印了55層，標志著第一個樣品的一半已經(jīng)完成暖呕。這一成就昭示著所謂的“巡航階段”的開啟士敬，由于在地面和ISS上進行了一系列優(yōu)化侧碍，團隊能夠加快打印過程。這些優(yōu)化促使打印機的運行更具效率彻芒，將每日的打印時間由 3.5 小時提升至 4.5 小時赴仪。  

一個關鍵的改進領域在于打印機所產生的噪音。在分析了噪音要求后尘晓，團隊能夠延長打印機的運行時間换橱，從而加快了打印過程。到2024年8月上旬验阱，首批3D打印金屬樣品準備好被取回舔躏，這也意味著數(shù)月的艱辛工作與精心規(guī)劃有了最終成果。  

一旦打印過程完成降蹋，宇航員Sunita Williams和Jeanette Epps負責從金屬3D打印機中取回第一個樣品防擎。密封的打印機盒必須謹慎處理，以維持內部恰當?shù)拇髿猸h(huán)境睹沐，保障在太空船上的安全助店。這需要重新向盒內注入氧氣，以確保宇航員能夠安全地接觸打印部件空猜。   

這個部件看上去仿佛是被倒置打印的……然而在太空中是不存在上下之分的绽慈。

在打印階段，打印機內部充滿了氮氣以防止金屬氧化辈毯，并降低高功率激光引起的火災風險坝疼。氮氣在確保打印質量和ISS機組人員安全方面發(fā)揮了至關重要的作用。一旦打印完成谆沃，團隊在允許宇航員取出零件之前钝凶，將打印機內部的氣壓回調至正常水平。  

該項目的下一階段將分析地球上的金屬打印部件唁影。ESA 計劃將在太空生產的部件的機械性能與在地球重力下實驗室生產的類似部件進行比較耕陷。這種比較提供了關于微重力對3D打印過程影響的寶貴數(shù)據(jù)，將有助于完善未來的打印技術据沈，提高太空制造的可靠性哟沫。  

有了按需生產金屬部件的能力，未來的太空任務將會擁有更高的靈活性和更強的自給自足能力锌介。展望未來嗜诀，這項技術能夠用于在太空中制造從備用零件到大型結構的所有物品，為對其他行星的長期探索和殖民提供支持症旭。  

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時間與地點

3月17日 09:00 - 17:30   

3月18日 09:00 - 17:30   

3月19日 09:00 - 15:00  

國家會展中心（上海）7.1&8.1館  

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