FAMU開創(chuàng)太空電子3D打印技術(shù)，消除對(duì)地球供應(yīng)材料的依賴并實(shí)現(xiàn)按需制造

2025年7月13日，南極熊獲悉，來自佛羅里達(dá)農(nóng)工大學(xué) (FAMU)的研究團(tuán)隊(duì)推出了突破性的太空3D打印技術(shù)，可以從根本上改變宇航員在長(zhǎng)期太空任務(wù)中的生存方式，消除對(duì)地球提供的材料的依賴，并實(shí)現(xiàn)太空中的按需制造。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的工作由佛羅里達(dá)新墨西哥州立大學(xué)-佛羅里達(dá)南方大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程系的拉馬克里希南（Subramanian Ramakrishnan）教授領(lǐng)導(dǎo)，已獲得美國宇航局 500 萬美元的資助，用于開發(fā)對(duì)未來太空探索至關(guān)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(wù)時(shí)，隨著任務(wù)的進(jìn)展，我們能夠打印傳感器、輻射防護(hù)罩，甚至功能性組織。這種能力可能會(huì)改變太空探索的模式，使任務(wù)更具可持續(xù)性，并能更好地應(yīng)對(duì)不可預(yù)見的挑戰(zhàn)?！?/div>

△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(tuán)隊(duì)正在開發(fā)名為 MXenes 的專用二維材料，以及金屬和半導(dǎo)體納米顆粒，以制造專為外星環(huán)境中的 3D 打印而設(shè)計(jì)的先進(jìn)油墨。

Ramakrishnan說道：“這些先進(jìn)的墨水可用于打印各種設(shè)備，從檢測(cè)氣體和應(yīng)變的傳感器，到天線、輻射屏蔽和柔性電子電路。它們對(duì)于用于太空任務(wù)的3D打印材料尤其重要?！?/div>

這項(xiàng)研究代表著向太空制造（ISM）邁出了關(guān)鍵的一步，使宇航員能夠在軌道上生產(chǎn)他們所需的東西，而不是依賴從地球運(yùn)輸?shù)牟牧稀?/div>

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(fēng)化層）為未來的月球和火星任務(wù)制造專用的打印材料。這種方法將當(dāng)?shù)刭Y源轉(zhuǎn)化為寶貴的建筑材料，有可能實(shí)現(xiàn)在其他星球上的可持續(xù)居住。

參與這項(xiàng)研究的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)包括來自佛羅里達(dá)農(nóng)工大學(xué)生物系統(tǒng)工程系的Satyanarayan Dev、來自佛羅里達(dá)州立大學(xué)的 Richard Liang 和來自美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的 Margaret Samuels。

Ramakrishnan 表示：“太空3D打印系統(tǒng)具有關(guān)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(zhì)量的設(shè)備集成和按需設(shè)計(jì)和制造?！?/div>

精密打印

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

Ramakrishnan 說道：“通過將這種打印技術(shù)與激光固化技術(shù)相結(jié)合，我們可以快速制造傳感器，并加快制造過程。這種簡(jiǎn)化的方法對(duì)于未來的太空任務(wù)至關(guān)重要，尤其是在國際空間站上執(zhí)行任務(wù)時(shí)?！?/div>

為了提升科研能力，F(xiàn)AMU通過美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）額外70萬美元的資助，購置了一套先進(jìn)的nScrypt 6軸3D打印系統(tǒng)。這套專用設(shè)備可以在曲面上創(chuàng)建復(fù)雜的設(shè)計(jì)，尤其適用于航空航天和醫(yī)療器械應(yīng)用。

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

微重力下的生物醫(yī)學(xué)前沿

作為材料研究的補(bǔ)充，聯(lián)合主任兼助理教授 Jamel Ali 正在研究人類細(xì)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(tuán)隊(duì)研究 3D 打印組織在太空中的行為，以期對(duì)治療細(xì)胞擴(kuò)增和再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)生影響。他的合作伙伴包括佛羅里達(dá)州立大學(xué)醫(yī)學(xué)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(xiàng)研究解決了在曲面上 3D 打印生物材料的獨(dú)特挑戰(zhàn)，應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了太空探索，還擴(kuò)展到可以造福地球上患者的醫(yī)療創(chuàng)新。