NASA：持续推动太空3D打印技术的发展

导读：NASA一直以来都在积极推进太空3D打印的发展，以期直接在轨道上生产航天器、火箭部件、先进材料和更大的结构，3D打印将彻底改变传统的地外制造。因此，各大太空机构都正在积极采取各种方法，为太空制造做准备，这种技术能够在推动地球经济增长的同时改变太空工业的潜力，有可能推动科学技术的前沿发展，降低发射成本，提高任务灵活性，并实现按需零件和工具的创建，从而使太空探索更加高效和可持续。



2023年5月，南极熊获悉，NASA 宣布成立The Consortium for Space Mobility and ISAM Capabilities ——太空机动性和 ISAM 能力联盟(COSMIC)，专注于使空间服务、组装和制造 (ISAM) 能力成为空间架构和任务生命周期的常规部分。NASA还发布了一种名为 GRX-810 的新型 3D 打印超级合金，已通过3D Systems的测试，并授予德克萨斯州立大学一笔资金，用于开发用于月球增材建筑的月球混凝土。

ISAM技术是一种新型的轻量化航空航天结构设计与制造方法，它采用先进的计算机辅助设计和制造技术，通过将多个金属部件组合成单一结构实现了完全一体化，从而减少了连接点和螺钉数量，提高了结构的强度和稳定性，同时降低了重量和生产成本。ISAM技术在航空航天领域具有广泛的应用前景，可以提高飞行器的质量、效率和安全性能。



COSMIC 将如何支持太空制造
此联盟在 NASA空间技术任务理事会(STMD) 的领导下，由联邦资助的研发中心 (FFRDC) 航空航天公司运营，COSMIC 将使 ISAM 过渡到实用，成为空间架构和任务生命周期的常规部分。

STMD 的技术演示总监 Trudy Kortes 说：“数十年来，NASA、政府机构和工业界一直在投资机器人 ISAM 技术，但现代卫星的设计和建造很少会考虑这个技术，我们想改变这一点。”


△在轨服务、组装和制造 1 (OSAM-1) 自动捕获试验台的细节照片
太空机动和 ISAM 能力联盟 (COSMIC) 是一个全国性的联盟，将振兴美国的太空服务、组装和制造 (ISAM) 能力。

●COSMIC 的愿景：创建一个全美国性质的联盟，使美国太空界能够在 ISAM 方面发挥全球领导作用。

●COSMIC 的使命：使 ISAM 成为空间架构和任务生命周期的常规部分。

超级合金
来自美国宇航局克利夫兰格伦研究中心和俄亥俄州立大学的一组研究人员在《自然》杂志上发表的一篇论文，详细描述了一种专为极端环境设计的新型 3D 打印合金，名为GRX-810 ，这是NASA开创性的新型激光粉末床熔融超级合金，已通过 3D Systems 的成功验证。这种超级合金有可能大幅提高用于航空和太空探索的零部件的强度和韧性。


△由可3D打印的新型合金 GRX-810 制成的 NASA 徽标。

Smith 和他在 Glenn 的同事 Christopher Kantzos 使用计算机建模和激光 3D 打印工艺发明了 GRX-810，逐层融合金属制造新合金。GRX-810是一种氧化物弥散强化合金，即含有氧原子的微小粒子遍布合金各处，增强强度。非常适合用于制造高温应用的航空航天部件，例如飞机和火箭发动机内部的部件，因为它们可以在达到断裂点之前承受更恶劣的条件。当报道过的最先进的3D打印超级合金可以承受高达 2,000 华氏度的温度。与之相比，GRX-810 的强度是其两倍，耐用性是其 1,000 多倍，抗氧化性也是其两倍。


△3D Systems 验证了 NASA 新型超级合金 GRX-810 的性能。图片由 3D Systems 提供。

为了验证其性能，3D Systems 使用直接金属打印 (DMP) 平台 DMP Factory 500 来打印和测试 GRX-810 的高温机械性能。据该公司称，它表现出卓越的机械性能和对极端温度的耐受性，是航空航天应用的理想选择。

3D Systems 航空航天和国防副总裁 Michael Shepard 解释说：“ NASA GRX-810的性能验证证明了这种合金的巨大潜力，比如可重复制造性能方面。此外 NASA 提供的这种材料能够突破增材制造的界限并实现下一代航空航天部件的生产。”

这被称为 NASA Glenn 有史以来最成功的技术专利之一，可能成为未来用于火箭发动机、涡轮叶片和排气喷嘴部件等关键部件的理想候选者。

月球可用资源
德克萨斯州立大学已获得 5万美元的资金，用于进一步开发 CaerusCrete，这是一种利用月球上可用资源作为建筑材料的技术。


△德克萨斯州立大学的团队获得的资助。

CaerusCrete最初是一个本科生项目，探索了碱激活机制可以结合现场发现的颗粒材料（例如月球风化层）以获得足够的结构强度的想法。太空任务对其携带的物品有严格的限制，导致原位资源利用(ISRU) 成为未来太空探索和生存的主导概念。