空间:增材制造的下一个前沿

“发现”号一直是太空探索的巨大推动力，与和平合作一起是欧洲航天局(ESA)任务的关键要素。这种对知识和合作的渴望意味着欧空局一直在努力寻找最好、最有效的方法来改进其任务，并保持对科学技术进步的关键贡献。

作为最近报道通过工程师,美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)等太空项目和私人公司已经在投资和试验持续太空探索的后勤保障——采取措施使国际空间站(ISS)和未来的太空栖息地更加自给自足。

增材制造已经在这方面发挥了关键作用——通过其目前在地球和国际空间站上的应用，其近期在轨道上进一步使用的可能性，以及目前对其未来在其他行星上使用的研究成果。增材制造能够快速有效地生产小批量定制的技术部件，这就是为什么ESA在10年的大部分时间里一直在开发和使用增材制造技术来生产用于太空的工具和设备。

地球上的AM

虽然控制整个AM端到端过程仍然具有挑战性，但使用AM在地球上生产用于太空的硬件仍然是必不可少的。增材制造的设计自由度大大提高了性能，缩短了交货时间和成本，使其成为工程师的最爱——特别是随着技术的不断进步，为实现更高的构建率、生产更大的零件和使用更广泛的材料铺平了道路。总的来说，这项技术正在以每年高达40%的速度显著增长。

这些技术的进步支持进一步的发现，使结构的制造成为可能，而传统的生产方法到目前为止是不可行的。

例如，我们目前正在与一家德国公司合作，使用增材制造技术来演示为欧洲航天局雅典娜任务中使用的x射线望远镜建造光学工作台的技术。这项活动的光学平台直径为3米，高30厘米，据推测可以容纳大约1000个镜像模块，一旦完成并发射到太空中，将在x射线波段观察炽热而充满活力的宇宙。

最终，我们希望能够在轨道上生产这些部件——例如在国际空间站上——以节省原材料和发射成本。然而，要实现这一目标，仍有一些障碍需要克服，因为目前在地球上使用的AM技术不一定能在包括微重力在内的特定空间条件下部署。

在轨调幅

这并不是说增材制造在轨道上没有被证明有用。目前，国际空间站上正在运行一台用于聚合物的3D打印机，该打印机被用于生产空间站的功能部件。正在进行的技术开发活动也正在进行，以建立船上的金属增材制造设备。

一旦这一挑战被攻克，国际空间站以及未来太空栖息地的工作人员将能够回收任务期间带来的聚合物和金属材料，以生产和修理他们需要的工具和设备，而无需从地球运来。

例如，这不仅会完全增强国际空间站的任务后勤，而且还可能彻底改变目前航天器结构的设计方式，因为这些结构将不需要承受发射过程。因此，他们可以更轻，制造将消耗更少的材料。为了克服在太空中打印金属部件的主要障碍，包括微重力和有限的能源供应，正在进行广泛的研发。所使用的原材料种类可能会受到很大限制，例如，粉末在微重力下不容易被装入机器中，因此会对国际空间站上的宇航员构成严重的健康危害。

其他星球上的AM

增材制造提供的另一个极具吸引力的可能性是能够在天体上制造，使用当地材料进行结构应用。换句话说，用“太空尘埃”建造庇护所和建筑物。或者更准确地说，是“风化层”——在尸体表面发现的灰尘、土壤和破碎岩石的混合物。这些坚固的结构将有助于火星或月球的长期载人研究任务，为宇航员提供保护，使其免受辐射和微陨石的威胁，这是由于大气层非常有限或没有大气层而构成的威胁。

虽然这是一个长期的目标，在成为现实而不是科幻小说之前需要大量的资金，但地球上已经进行了实验，证明了它作为一个概念的可行性。在研发活动中，使用化学增材制造工艺将月球风化模拟物一层一层地转化为一个1.5吨重的固体演示结构元件。

无论是帮助建造将于2028年从地球发射的望远镜的基础，还是彻底改变国际空间站及其所做的重要工作的后勤，还是进入在火星上建造维持生命的结构的领域，AM都是地球、轨道和其他行星上太空工程的推动力。

如果你想从Johannes那里了解更多关于太空中的ESA和AM，报名参加今年的增材制造与3D打印国际会议哪趟车11点从诺丁汉出发^th-13年^th7月。