供稿人：劉騰飛，田小永 發(fā)布日期：2017-03-31
浩瀚宇宙，奧妙無(wú)窮，無(wú)時(shí)無(wú)刻不對(duì)整個(gè)人類充滿著極大的誘惑，探索神秘和多彩的未知世界，遨游充滿著無(wú)限生機(jī)的宇宙太空，一直是人類恒久不變的主題。從1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天拉開(kāi)人類航天時(shí)代的序幕，到如今建立太空空間站進(jìn)行人類活動(dòng)，人類探索的步伐從未停止，隨著人類對(duì)太空認(rèn)知的加深以及航空技術(shù)的發(fā)展，新時(shí)期人類提出了遠(yuǎn)空探索、建設(shè)外星球基地乃至星球移民更為偉大的科技?jí)粝?。人類首先遇到的最大的挑?zhàn)在于探空探索夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)很大程度上依賴于如何充分利用太空豐富的資源去實(shí)現(xiàn)太空制造，克服現(xiàn)有火箭運(yùn)載方式在載重、體積、成本上對(duì)太空探索活動(dòng)的限制，獲得深空探索所需的運(yùn)載平臺(tái)、工具與裝備，實(shí)現(xiàn)太空基地的自我維持。
3D打印技術(shù)是一種采用逐層堆積直接進(jìn)行零件成形的數(shù)字化增材制造工藝，加工過(guò)程無(wú)需專門(mén)的模具，不會(huì)產(chǎn)生多余材料，是最適合進(jìn)行太空制造的加工工藝。利用3D打印建成“太空制造工廠”，實(shí)現(xiàn)零件的太空原位制造，將會(huì)為人類探索太空帶來(lái)革命性突破。截止目前，世界各國(guó)已經(jīng)陸續(xù)對(duì)太空3D打印展開(kāi)了研究，2014年11月25日，NASA與Made In Space 公司合作實(shí)現(xiàn)了全球首次空間3D打印，在國(guó)際空間站的微重力科學(xué)手套箱（MSG）中成功打印了印有“MADEINSPACE/NASA”字樣的銘牌，并在國(guó)際空間站制造了約20個(gè)零件（圖1）。
圖1 美國(guó)NASA太空3D打印
在歐洲，由歐洲宇航局授權(quán)意大利Altran公司研制的ESA第一臺(tái)空間3D打印機(jī)POP 3D(Portable On-Board Printer)也已經(jīng)完成了樣機(jī)的開(kāi)發(fā)工作。在中國(guó)，由中科院研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)太空3D打印機(jī)，已經(jīng)完成了拋物線失重飛行試驗(yàn)，可在太空微重力環(huán)境下順利完成3D打印任務(wù)，初步證明了空間3D打印的可行性。
太空制造最終目標(biāo)是利用太空資源作為3D打印的原材料完成零件的原位制造實(shí)現(xiàn)太空基地的自我維持。月球土壤礦物組成中包含了大量鋁、鈦、鐵等元素，可以直接作為3D打印制造的原材料。為此歐洲航天局（ESA）以及美國(guó)NASA提出了利用月球土壤進(jìn)行月球基地3D打印的構(gòu)想。圖2是ESA與知名的建筑事務(wù)所 Foster + Partners 合作，設(shè)計(jì)了由一種多自由度機(jī)器人，就地取材月球土壤，通過(guò)3D 打印的月球基地。
圖2 ESA 3D打印月球基地構(gòu)想