VR|太空3D打印离我们有多远?

在人类探索宇宙的过程中 , 设备和材料的“补给线问题” , 一直阻碍着人类飞向更远的空间 , 当人类处在一个除了太空船之外一无所有的空间的时候 , 最好的生存办法就是利用现有的设备和太空原料来制造所需要的工具 , 这时 , 3D打印成了一个不错的选择 。
3D打印技术 , 又称增材制造 , 是一种以数字模型文件为基础 , 运用粉末颗粒状无机或有机等可黏合材料 , 通过逐层打印的方式来构造物体的技术 。伴随着人类探索外太空步伐的加快 , 3D打印技术非常适合实现从简单到复杂 , 从无到有的太空制造过程 。
太空3D打印能做什么?
太空3D打印主要解决两个方面的问题:
(1)在飞行过程中帮助运行和维护太空飞船 。主要包括:为航天器在空间制造替换零件 , 拓展航天器的寿命 , 节约重复发射成本;材料的太空循环利用 , 可直接利用老化和废旧材料进行回炉再制造 , 不必耗费新材料 , 甚至可以利用太空垃圾制造零件 , 节约成本并且环保;在空间制造地面难以发射的超大尺寸部件光学镜头 。
(2)建立适合人类生存的太空基地 。当人类到达新的星球的时候 , 衣食住行都要解决 。首先解决住的问题 , 可以就地取材打印适合人类居住的房屋 , 房屋结构需要具有保温功能 , 并可抵挡微小流体攻击和宇宙射线辐射 。再就是考虑吃饭问题 , 打印适合植物生长的阳光房 , 以种植粮食 。最后就是打印人类可以相互走访联系的交通工具等等 。
太空3D打印主要存在的难点在哪里?
在太空中进行3D打印绝对不容易 , 航天器在轨飞行时 , 会受到地球引力之外多种作用的干扰 , 如大气阻力、太阳辐射光、重力梯度效应、轨道机动、姿态控制、设备运转和乘员活动等 , 从而达不到完全“失重”状态 , 而是一种“微重力”环境 。
同样 , 在新的星球建造太空基地 , 则主要考虑真空或者大气环境、太阳辐射、引力大小等等因素 , 例如:月球的重力只有地球的1/6,为真空环境;火星的重力为地球的2/5,主要为二氧化碳气体 。
虽然3D打印机的基本设计保持不变 , 但微重力和气氛环境需要特殊考虑 , 因此目前在地球上大多数3D打印设备是否适合在微重力不同气氛条件下的打印过程需要重新调查研究 , 在早期条件不完善不完美的境况下 , 尽可能将3D打印设备设计的更为简单 , 要求尽可能降低 。
哪些方法适合太空3D打印?
3D打印过程无非就是将含有固液的微滴黏合组合成我们想要的三维立体材料 。3D打印方法有很多(图2) , 但并不是所有方法都适合太空3D打印 。在空间站和航天器外面的真空微重力条件下 , 哪些材料可以进行3D打印一目了然 。
在尽可能降低打印条件要求的前提下 , 过程中含有液体的基本可以排除 , 因为液体在真空低蒸气压条件下很容易沸腾蒸发 , 特别是在微重力条件下 , 很难保持原有的形态 , 因此一些浆料打印方法可行性较低 , 例如含有液体的光固化打印方法(SLA) 。
还有就是要求有粉体参与的打印方法 , 在真空微重力环境下 , 粉体无重力作用很难铺展开来 , 容易到处飞舞 , 在太空难以控制如此多的微小目标 , 在这种要求下 , 选区激光熔融(SLM)和烧结(SLS)打印方法、电子束熔融和烧结打印方法、黏结剂喷射打印方法(BJ)基本都可以排除在外 。