金屬3D列印不久將首次在軌道上進行。本週發射的天鵝座 NG-20 號補給任務將把一臺歐洲製造的先鋒金屬3D印表機送往國際空間站（ISS）歐空局技術官員羅布-波斯特馬（Rob Postema）解釋說："在人們對太空製造的興趣日益濃厚的今天，這種新型3D印表機列印金屬部件在世界上尚屬首次。基於聚合物的3D印表機已經被髮射到國際空間站，並在國際空間站上使用，它使用塑膠材料在印表機頭部加熱，然後一層一層地沉積到所需的物體上。"
一臺開創性的歐洲製造金屬3D印表機已被髮射到國際空間站，這標誌著金屬3D列印將首次在軌道上進行。這一舉措利用了歐空局與空中客車公司之間的合作，旨在展示太空製造的潛力。圖片來源：空中客車防務與航天公司
"金屬3D列印是一項更大的技術挑戰，涉及到更高的溫度和使用鐳射熔化金屬。因此，必須確保機組人員和空間站本身的安全，而維護的可能性也非常有限。不過如果成功，金屬的強度、導電性和剛性將把太空 3D 列印的潛力提升到新的高度。"
第一臺在國際空間站上執行的金屬3D印表機正在進行地面測試，生產歐空局設計的樣品部件。這臺金屬3D印表機由歐空局主導開發，旨在證明金屬3D列印可以在失重條件下進行，為未來的太空製造能力開闢道路，讓遠離地球的宇航員可以生產他們需要的任何工具或備件。圖片來源：空中客車防務與航天公司
天鵝座NG-20貨運飛船搭載著金屬3D印表機以及8200磅重的科學調查報告和貨物，於2月1日與國際空間站對接。開啟包裝後，歐空局宇航員安德烈亞斯-莫根森（Andreas Mogensen）將準備並將重約180公斤的金屬3D印表機安裝到歐空局哥倫布艙的歐洲拉架Mark II中。安裝完成後，印表機將在地球上進行控制和監測，因此列印工作可以在沒有 Andreas 監督的情況下進行。
金屬3D印表機技術演示器由空中客車防務與航天公司（Airbus Defence and Space SAS）領導的一個工業團隊開發，該團隊也是該專案的共同出資方，與歐空局人類和機器人探索局簽訂了合同。
"這次在軌演示是歐空局與空中客車公司充滿活力的小型工程師團隊密切合作的成果，"空中客車公司專案經理帕特里克-克雷森說。"但這不僅僅是向未來邁出的一步，更是太空探索創新的一次飛躍。它為在太空中製造更復雜的金屬結構鋪平了道路。這是確保探索月球和火星的關鍵資產。"
資料來源：空中客車公司
印表機將使用一種常用於醫療植入物和水處理的不鏽鋼進行列印，因為這種不鏽鋼具有良好的耐腐蝕性。
不鏽鋼絲被送入列印區，列印區由高功率鐳射器加熱，其功率是普通鐳射筆的一百萬倍。當金屬絲浸入熔池時，金屬絲的末端就會熔化，然後金屬就會被新增到列印件中。
來自歐空局技術、工程和質量部的歐空局材料工程師Advenit Makaya為該專案提供了技術支援："列印過程中的熔池非常小，大約只有一毫米寬，這樣液態金屬的表面張力就能使其在失重狀態下牢牢固定。即便如此，不鏽鋼的熔點約為 1400 °C，因此印表機是在一個完全密封的盒子裡執行的，以防止過多的熱量或煙霧進入空間站的乘員艙。在列印過程開始之前，印表機內部的氧氣必須排出太空，取而代之的是氮氣--如果暴露在氧氣中，熱不鏽鋼就會氧化。
金屬3D印表機將是首次在國際空間站上使用3D印表機進行金屬列印。歐空局與空中客車防務與航天公司（Airbus Defense and Space SAS）簽訂了生產該3D印表機的合同。
形狀和尺寸
科學家們選擇了四種有趣的形狀來測試金屬3D印表機的效能。這些首批物品將與在地面列印的相同形狀（稱為參考列印件）進行比較，以瞭解太空環境對列印過程的影響。這四個列印件的尺寸都小於一個蘇打罐，每個列印件的重量不到 250 克，列印時間約為 2 到 4 周。由於空間站的噪音規定--印表機的風扇和電機噪音相對較大，計劃列印時間被限制在每天四小時。
列印完一個形狀後，安德烈亞斯將把它從印表機上取下，打包安全運回地球進行處理和分析，以瞭解太空與地球在列印質量和效能上的差異。
作為專用工具的一部分，一個參考和0xg列印件將被送往德國科隆的歐洲宇航員中心（EAC）。另外兩份將被送往歐空局的技術中心--歐洲空間研究與技術中心（ESTEC），那裡的材料與電子元件實驗室團隊正在等待樣品，以便對列印部件進行宏觀和微觀分析。最後的列印件將被送往丹麥技術大學（DTU），他們將提出列印件的形狀，並研究其熱效能，以支援未來的天線排列等工作。
為未來做準備
羅布補充說："作為一個技術示範專案，我們的目標是證明金屬3D列印在太空中的潛力。我們已經學到了很多，希望能學到更多，使太空製造和裝配成為現實。"
歐空局未來發展的目標之一是建立迴圈型太空經濟，在軌道上回收材料，以便更好地利用資源。其中一種方法是將舊衛星上的碎片重新利用，製成新的工具或結構。3D印表機可以省去用火箭將工具送上去的麻煩，讓宇航員在軌道上就能打印出所需的部件。
歐空局機械部主任托馬索-吉迪尼（Tommaso Ghidini）指出："金屬3D太空列印技術是一項前景廣闊的能力，不僅能支援未來的探索活動，還能透過原位製造、維修甚至回收太空結構，為更多應用領域的可持續太空活動做出貢獻。這包括在軌大型基礎設施的製造和組裝以及行星上的長期人類定居。這些方面是歐空局即將開展的技術交叉倡議的重點。"
歐空局材料與工藝部主管托馬斯-羅爾（Thomas Rohr）補充說："這項技術演示展示了微重力環境下金屬材料的加工過程，為未來在地球以外製造基礎設施鋪平了道路。"
編譯來源：ScitechDaily
