FAMU開創(chuàng)太空電子3D打印技術，消除對地球供應材料的依賴并實現按需制造

2025年7月13日，南極熊獲悉，來自佛羅里達農工大學 (FAMU)的研究團隊推出了突破性的太空3D打印技術，可以從根本上改變宇航員在長期太空任務中的生存方式，消除對地球提供的材料的依賴，并實現太空中的按需制造。

這項開創(chuàng)性的工作由佛羅里達新墨西哥州立大學-佛羅里達南方大學工程學院化學與生物醫(yī)學工程系的拉馬克里希南（Subramanian Ramakrishnan）教授領導，已獲得美國宇航局 500 萬美元的資助，用于開發(fā)對未來太空探索至關重要的下一代材料。

拉馬克里希南說道：“想象一下，在執(zhí)行太空任務時，隨著任務的進展，我們能夠打印傳感器、輻射防護罩，甚至功能性組織。這種能力可能會改變太空探索的模式，使任務更具可持續(xù)性，并能更好地應對不可預見的挑戰(zhàn)。”

△助理教授 Jamel Ali 和 Subramanian Ramakrishnan 教授。圖片來源：Scott Holstein。

空間制造材料

Ramakrishnan 的團隊正在開發(fā)名為 MXenes 的專用二維材料，以及金屬和半導體納米顆粒，以制造專為外星環(huán)境中的 3D 打印而設計的先進油墨。

Ramakrishnan說道：“這些先進的墨水可用于打印各種設備，從檢測氣體和應變的傳感器，到天線、輻射屏蔽和柔性電子電路。它們對于用于太空任務的3D打印材料尤其重要�！�

這項研究代表著向太空制造（ISM）邁出了關鍵的一步，使宇航員能夠在軌道上生產他們所需的東西，而不是依賴從地球運輸的材料。

地外資源

最有前景的創(chuàng)新之一是利用月球和火星的土壤（即風化層）為未來的月球和火星任務制造專用的打印材料。這種方法將當地資源轉化為寶貴的建筑材料，有可能實現在其他星球上的可持續(xù)居住。

參與這項研究的跨學科團隊包括來自佛羅里達農工大學生物系統(tǒng)工程系的Satyanarayan Dev、來自佛羅里達州立大學的 Richard Liang 和來自美國宇航局戈達德太空飛行中心的 Margaret Samuels。

Ramakrishnan 表示：“太空3D打印系統(tǒng)具有關鍵功能，使我們能夠一步完成精確傳感器圖案的制造，從而確保高質量的設備集成和按需設計和制造�！�

精密打印

研究人員開發(fā)了一種稱為電流體動力學（EHD）打印的創(chuàng)新技術，利用電場精確沉積納米顆粒，用于柔性電子傳感器應用。

Ramakrishnan 說道：“通過將這種打印技術與激光固化技術相結合，我們可以快速制造傳感器，并加快制造過程。這種簡化的方法對于未來的太空任務至關重要，尤其是在國際空間站上執(zhí)行任務時�！�

為了提升科研能力，FAMU通過美國國家科學基金會（NSF）額外70萬美元的資助，購置了一套先進的nScrypt 6軸3D打印系統(tǒng)。這套專用設備可以在曲面上創(chuàng)建復雜的設計，尤其適用于航空航天和醫(yī)療器械應用。

拉馬克里希南說道：“我們正在試驗創(chuàng)新的油墨配方和技術。這些設備正在幫助我們?yōu)镹ASA生產全新且令人興奮的下一代傳感器�！�

微重力下的生物醫(yī)學前沿

作為材料研究的補充，聯合主任兼助理教授 Jamel Ali 正在研究人類細胞如何在類似于月球和火星的微重力環(huán)境中自我組裝。

Ali 的團隊研究 3D 打印組織在太空中的行為，以期對治療細胞擴增和再生醫(yī)學產生影響。他的合作伙伴包括佛羅里達州立大學醫(yī)學院的 Emily Pritchard 和杰克遜維爾梅奧診所的研究人員，并與 NASA 肯尼迪航天中心合作。

這項研究解決了在曲面上 3D 打印生物材料的獨特挑戰(zhàn)，應用范圍遠遠超出了太空探索，還擴展到可以造福地球上患者的醫(yī)療創(chuàng)新。