格拉斯哥大学开发一种零重力3D打印技术，或将改变太空建设方式

2025年1月14日，南极熊获悉，格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的研究人员宣称在太空3D打印领域取得了新的进展。Gilles Bailet博士领导的团队成功开发了一种创新系统，该系统解决了在微重力环境下进行3D打印的关键挑战，并已获得相关专利。

△格拉斯哥大学的Gilles Bailet博士开发了可以克服零重力条件下的3D打印系统

在地球上广泛使用的传统3D打印依赖于挤压技术和长丝材料，然而，这些材料在零重力条件下表现不佳，限制了它们在太空制造中的应用。Bailet博士的研究团队开发了一种基于颗粒状材料的新型3D打印方法，这种材料专为微重力和真空环境设计，能够确保在太空中稳定、高效地进行打印作业。

新系统不仅克服了太空打印的物理限制，还通过将电子元件直接嵌入到打印材料中，拓展了3D打印技术的边界。这种创新方法不仅能够制造出用于太空任务的复杂电子设备，还能实现空间系统组件的可回收利用，对太空可持续发展具有重要意义。

△Bailet博士和他的同事在零重力飞机上测试了3D打印机

打印和反重力

Gilles Bailet博士解释道，目前，所有进入地球轨道的物体都是在地面上制造完毕后，需要通过火箭发射进入太空。然而，火箭的有效载荷能力受到严格的限制，发射过程中，一旦超出机械限制，便可能导致载荷损坏，从而损失昂贵的货物。若能在太空中设置制造设施，按需生产所需的结构，我们便能摆脱这些载荷限制。这将为设计更加雄心勃勃、资源使用更为高效的项目提供可能，使系统设计更加符合任务需求，而非仅仅适应火箭发射的限制。

3D打印能以快速和低成本生产出极为复杂的材料结构。将这项技术应用于太空，打印出在轨道上组装所需的部件，将具有巨大的价值。然而，地球上的3D打印技术在太空真空环境中并不总是可靠。例如，传统3D打印机使用的细丝在微重力和真空条件下往往会出现断裂或堵塞问题，这在太空中的可靠使用之前需要解决。

Bailet补充道：“通过我们目前的研究，我们已经拥有了克服这些问题的技术，这使我们更接近于实现太空3D打印的目标。在未来几年内，这项技术有望为全球带来积极的影响。”

△正在测试中的零重力3D打印系统特写

太空中3D打印的优势

去年11月，欧洲航天局与法国波尔多Novespace合作举办的第85届抛物线飞行活动中，Gilles Bailet博士的原型演示器成功地在微重力条件下进行了测试。团队携带测试套件进行了三次飞行，经历了90多次短暂的失重状态，这些状态出现在飞行过程中的急剧上升和快速下降阶段。在每次持续22秒的失重阶段，原型机的性能和能耗都受到了密切监控，测试结果表明该系统能够满足微重力条件下的预期效能。

Gilles Bailet博士表示：“我们已经在实验室和微重力环境下对这项技术进行了广泛的测试，并相信它已经准备好按预期运行。这为在太空中3D打印天线和其它航天器部件开辟了新的可能性。”

他还提到：“例如，3D打印太空反射器，正如我的同事Colin McInnes教授在SOLSPACE项目中正在开发的那样，能够全天候收集太阳能，有助于我们通过一种全新的低碳发电方式实现净零排放。此外，在太空中生长的晶体通常比地球上制造的晶体更大、更有序，因此轨道化学工厂可以生产新的或改良的药物，并将它送回地面。有研究显示，在太空中生长的胰岛素效力可能提高9倍，使得糖尿病患者可以每三天注射一次，而不是像现在这样每天注射三次。”

△航天公司可以通过3D打印技术更容易维修太空站

Bailet博士以及团队目前正寻求资金支持，以便首次在太空中展示他们的技术。他们还在英国航天局的资助下领导了一项努力，确保未来的太空制造项目不会加剧日益严重的太空垃圾问题。

Bailet博士的太空制造项目开发得到了格拉斯哥大学格拉斯哥知识交流基金和EPSRC影响加速账户的资助。此外，3D打印太空项目还得到了Colin McInnes教授的RAEng新兴技术讲座和RAEng概念验证奖的支持。