不久前在國際空間站,俄羅斯宇航員利用3D打印技術(shù)制造出了老鼠甲狀腺,這是人類首次在太空打印生物器官。在太空工作生活并不容易,經(jīng)常出現(xiàn)物資匱乏情況。依賴地球“補(bǔ)給”制約著人類向深空探索。2014年,美國向國際空間站運(yùn)送了世界首臺(tái)太空3D打印機(jī),先后打印出一系列太空專用零部件,揭開了人類“太空制造”“自給自足”的序幕。一般來說,當(dāng)國際空間站內(nèi)缺少某種工具或部件時(shí),宇航員們就得花上數(shù)周甚至數(shù)月等待地面送來物資補(bǔ)給。有了太空3D打印機(jī),技術(shù)人員在地球上設(shè)定出物品的制造程序,然后用電子郵件發(fā)送至國際空間站,整個(gè)過程耗時(shí)不到一周,而實(shí)際打印時(shí)間只有約4小時(shí)。除了時(shí)間成本,太空3D打印所節(jié)約的運(yùn)輸成本同樣可觀??臻g站、基地或復(fù)雜航天器的系統(tǒng)由許多部分組成。盡管在建造時(shí)就力求可靠,但仍然面臨著零件損壞、系統(tǒng)升級(jí)等問題。如果攜帶大量預(yù)制零件進(jìn)入太空,就會(huì)大大增加高昂的發(fā)射費(fèi)用。如采用太空3D打印技術(shù),只需將原材料和輕型打印機(jī)帶入太空,從而就地制造所需零部件,最大限度減少發(fā)射重量并提高工作效率。未來,當(dāng)人類能夠從其他星球表面開采原材料時(shí),還能在太空建立“零件工廠”,進(jìn)一步減輕航天器的發(fā)射重量,節(jié)約空間。3D打印技術(shù)在太空的操作環(huán)境與地球大不相同,技術(shù)難度也不一。在地球上,依靠重力,3D打印機(jī)擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積,一層一層打印出三維物體。而在太空零重力條件下,需要使用以給定速率旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)來確保材料沉積到位,或者修改3D打印的過程來使設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。不過,原本基于地球的3D打印技術(shù)更容易適應(yīng)有著微重力環(huán)境的月球和火星。3D打印技術(shù)的“升空”還面臨著人手不足的問題。在缺少太空人員甚至無人監(jiān)督的情況下,制作、提取、運(yùn)送、安裝等整個(gè)打印過程,都需要借助高度自動(dòng)化甚至全自動(dòng)化的機(jī)器人來完成系統(tǒng)操作和協(xié)調(diào)工作。要想實(shí)現(xiàn)“太空制造”,機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)必不可少,這一技術(shù)甚至比在零重力下進(jìn)行3D打印更復(fù)雜,難度系數(shù)更高。只有擁有更加智能的機(jī)器人,加上外星球“就地取材”技術(shù)的突破,人類才有可能通過機(jī)器人流水線在太空完成原材料收集、零件裝配,甚至是月球或火星基地建造工作。3D打印能設(shè)計(jì)出高精度的復(fù)雜幾何模型,其制造過程一度令人嘆為觀止。然而,與傳統(tǒng)制造業(yè)相比,材料需特制、量產(chǎn)成本高等限制因素使它看起來似乎有些“華而不實(shí)”,與普通人的日常生活還相去甚遠(yuǎn)。不過,在航空航天、軍事、臨床醫(yī)學(xué)等尖端領(lǐng)域,3D打印可以在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出高度個(gè)性化的部件和模型,令高端制造如虎添翼,人們對太空3D打印技術(shù)的前景充滿期待。
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