AddUp和空客向欧洲航天局交付首台在太空运行的金属3D打印机

2024年2月1日，南极熊获悉，金属快速成型制造公司AddUp和空客防务与航天公司已向欧洲航天局（ESA）交付首台金属3D打印机。这款金属3D打印机由空客防务与航天公司领导的工业团队，根据欧洲航天局的合同开发，并由空客防务与航天公司共同资助。

△空客为欧洲航天局开发的第一台太空金属3D打印机，很快将在国际空间站(ISS)的哥伦布舱上进行测试

该金属3D打印机的目标是评估增材技术的功能和性能，同时在持续微重力条件下进行3D金属沉积。在2024年1月30日星期二，NASA NG-20商业补给任务已成功将金属3D打印机运送至国际空间站（ISS）。预计进一步的打印测试工作将于二月底或三月初展开。

太空中直接制造备件的能力，无需地球运输，标志着推动下一代太空探索的新阶段。这一创新将不仅带来数百万美元的成本节省，同时通过使自主操作成为载人航天的可行选择，为未来太空探索铺平道路。

△金属3D打印机在发射到空间站之前打印的样品

在太空打印金属的挑战

尽管在地球上已经成功掌握了3D打印技术，但在太空中进行金属打印仍然面临一系列技术挑战。空中客车公司金属3D维打印机系统工程师Sébastien Girault解释说：“该技术演示器所面临的第一个挑战是尺寸问题。在地球上，目前的金属3D打印机至少需要安装在十平方米的实验室中。”

为了制造国际空间站的原型机，我们不得不将打印机缩小到洗衣机的大小。这种小型化的关键在于能够将打印机安装在国际空间站哥伦布实验室的机架内。Girault补充说：“在这种尺寸下，我们能够成功打印出高度为9厘米、宽度为5厘米的精密部件。”

第二个挑战是确保国际空间站免受激光及其产生的热量影响，以维护良好的打印环境。打印机被置于一个密封的金属盒中，类似于一个保险箱。与此工艺兼容的金属合金的熔点可能远远超过1200°C，而塑料的熔点约为200°C，这要求实施严格的热控制。

Girault说：“重力管理也是关键，这是我们选择有线打印技术的原因。与基于粉末的系统不同，金属丝不受重力影响，而后者必须始终受到地心引力的影响。无论是塑料还是金属，产生的烟雾都必须通过过滤器处理并在机器内部捕获，以防止污染国际空间站内的空气。”

△国际空间站上第一台金属3D打印工作流程示意

金属3D打印项目

该项目始于2016年，当时欧洲航天局授予了空中客车防务与航天公司合同。该项目的关键目标是在微重力环境下，在国际空间站上安全运行的首台金属3D打印机。AddUp，作为金属3D打印领域的领导者之一，在过去十多年一直为空中客车集团提供支持，不仅提供飞行部件，还支持各种创新项目。

AddUp技术总监Sébastien Devroe在评价AddUp团队为该项目带来的专业知识时表示：“金属3D打印机的开发依赖于AddUp工程师和研究人员独特的多学科专业知识。我们的员工拥有各种增材制造工艺、机器设计、编程和操作优化的专业知识。我们的团队支持了第一台太空金属3D打印机的开发，该打印机很快将进入轨道。金属3D打印机经过设计和优化，以满足国际空间站的条件和环境。”

空客航天系统工程主管Elodie Viau解释道：“AddUp被选用于这个项目是基于悠久的历史以及植根于探索和创新的合作伙伴关系。我们相信，凭借AddUp团队的知识和经验，再加上空客的技术专长，我们将成功提供高质量、高效的金属3D打印机，以支持太空探索”

实际上，国际空间站上已经安装了多台塑料3D打印机，首台设备于2014年投入使用。宇航员们利用这些设备进行塑料部件的更换或修复，因为太空生活中常面临设备供应不足的问题，有时需要等待数月才能获得所需物品。然而，并非所有组件都适合用塑料材料制造。

因此，金属3D打印技术在太空中的应用，对于国际空间站的维护和未来深空探索具有重要意义。Girault强调了这一技术在太空环境下所需的定制化和紧凑性，以满足极端条件下的工程需求。