歐洲航天局（ESA）首個來自太空的金屬3D打印部件返回地球進行測試

2025年3月15日，南極熊獲悉，歐洲航天局（ESA）宣稱，作為專注于微重力制造的“Metal3D”項目的一部分，首個在太空中制造的金屬3D打印部件已成功返回地球，并運抵荷蘭的歐洲空間研究與技術中心（ESTEC），目前正在進行詳細測試。

△歐洲航天局（ESA）第一臺太空用金屬3D打印機正在運往國際空間站

該打印機由空中客車公司以及合作伙伴開發(fā)，并由ESA宇航員Andreas Mogensen于去年安裝在國際空間站的哥倫布艙。6月份，打印機成功完成首次試打印，展示了一條“S”形曲線。今年夏季，它生產了第一個完整樣品，12月又打印了第二個樣品。

首個樣品將在ESTEC的材料與電氣元件實驗室進行深入分析，研究人員計劃將太空3D打印樣件與地球環(huán)境下打印的樣品進行對比，以了解微重力對3D打印過程的影響。第二個樣品將送往丹麥技術大學（DTU）進行研究。

△位于荷蘭的歐洲空間研究與技術中心(ESTEC)

推進金屬3D打印在太空任務中的應用

Metal3D項目的籌備歷時多年。自2016年起，空中客車防務與航天公司與AddUp根據(jù)歐洲航天局的合同，開始開發(fā)金屬3D打印機，旨在評估在持續(xù)微重力條件下進行3D打印的潛力。該系統(tǒng)于2024年1月30日隨NASA的NG-20任務發(fā)射升空，并于同年中期開始在國際空間站上運行。

自2014年以來，國際空間站的宇航員一直在使用聚合物3D打印機生產塑料部件，但金屬3D打印技術的引入將顯著擴展未來任務的制造能力。在需求驅動下生產部件的能力，將減少對地球補給任務的依賴，這對于計劃前往月球或火星的長期太空探索尤為重要。

盡管如此，太空中進行金屬3D打印面臨多重挑戰(zhàn)。與在地面上使用的傳統(tǒng)大型金屬3D打印機不同，國際空間站的設備必須設計成洗衣機大小的緊湊型，以適應空間站的限制條件。

安全性亦是關鍵考量因素。金屬合金的熔化溫度遠高于塑料，通常需要超過1200°C的溫度，而塑料3D打印的溫度通常在200°C左右。因此，打印機被封裝在一個密封的金屬盒內，以確保嚴格控制熱環(huán)境并防止任何潛在危險。

3D打印過程在國際空間站上也采用了與地球標準方法不同的技術。為了避免微重力環(huán)境可能引起的密封問題，國際空間站的3D打印機不采用粉末床熔融技術，而是基于線材的打印方法，從而最大程度地降低風險。

隨著首批在太空中打印的金屬樣品安全返回地球，歐洲航天局和丹麥技術大學的研究人員將對它們進行深入的檢查，包括機械強度、彎曲測試和微觀結構分析。研究人員的目標是將這些結果與在正常地球重力條件下打印的相同樣品進行對比，以明確微重力對制造過程的具體影響。據(jù)項目團隊透露，這些研究成果將為未來的太空任務提供寶貴的見解，未來在軌制造技術有可能成為實際需求。