格拉斯哥大学研发微重力3D打印系统

2025年1月，南极熊获悉，University of Glasgow（格拉斯哥大学）的研究团队开发出了一种专门为微重力环境设计的3D打印系统，这项新技术有望改变人类对太空制造的理解和实践方式。


△一名研究人员在抛物线飞行中的微重力模拟中评估 3D 打印系统

项目负责人Dr. Gilles Bailet已经申请了专利，有望解决在太空中使用增材制造时遇到的各种难题。例如，在地球上使用的传统3D打印机依赖于重力来稳定材料流动，但在微重力环境下，这种稳定性会丧失，导致打印失败。而新系统则使用颗粒状材料代替传统的线材，确保即使在失重状态下也能流畅工作，不仅提高了打印的一致性，还加快了打印速度。

合作与支持：多方力量助力科技革新
项目获得了来自多个渠道的支持，包括Glasgow Knowledge Exchange Fund、EPSRC Impact Acceleration Account, 以及 RAEng Chair in Emerging Technologies，这些资助对于推动研究进展起到了关键作用。此外，英国航天局也加入了合作，帮助研究团队应对太空垃圾问题，确保未来的太空探索不会增加轨道污染。

在轨演示：迈向实际应用的重要一步
为了证明该技术的有效性，研究团队计划进行首次在轨演示，这次测试将展示新型3D打印机是否能够在真实的太空环境中正常运作。如果成功，这将是向实用化迈进的重要一步。同时，团队也在积极寻求额外的资金支持，以进一步完善技术和扩大其应用范围。



解决现有局限：克服地球3D打印系统的障碍
Bailet博士指出，当前所有进入地球轨道的设备都是先在地面上建造好再通过火箭发射升空，所有的部件都必须符合严格的重量和体积限制，在发射过程中由于机械应力过大，可能会损坏昂贵的货物。

相比之下，如果可以在太空中直接打印所需的结构或零件，就能摆脱这些限制。人们可以建造更大、更复杂的东西，并且可以根据任务需求优化设计，而不是被火箭发射条件所束缚。

微重力试验：从理论到实践的关键转换
为了验证新系统的可行性，研究团队参加了欧洲航天局组织的“抛物线飞行”活动。这类飞行通过快速上升和下降模拟出短暂的失重状态，非常适合用来测试太空技术。在整个飞行过程中，研究人员利用超过90次这样的失重瞬间对3D打印系统进行了全面评估。

结果显示，新的3D打印技术表现优异，能够可靠地完成打印任务。更重要的是，它解决了传统丝材打印机在真空条件下容易堵塞的问题，为未来长期的太空任务提供了坚实的技术基础。



无限潜力：从能源收集到医疗革命
Bailet博士强调了这项技术的应用场景。比如，可以用它来制造空间太阳能反射器，这些反射器可以全天候收集太阳能，从而提供持续稳定的低碳电力供应；还可以构建高性能通信天线，改善地面与卫星之间的通讯质量；甚至有可能革新制药行业，在微重力环境下生产的药物可能会更加有效。研究表明，在微重力中制造的胰岛素效力可能是地球上的九倍。这意味着，一旦这项技术成熟并应用于实际生产，将大大提升药物的效果，给患者带来福音。

展望未来：太空成为下一个制造业中心
随着这项技术的发展，人们开始设想一个全新的未来：太空不再仅仅是探索的目的地，而是变成了一个活跃的制造业枢纽。2016年，NASA承包商Techshot就曾与nScrypt及Bioficial Organs合作，在零重力公司运营的飞机上成功测试了一款生物3D打印机，证明了在微重力环境下可以精确打印心脏和血管结构，无需像地球上那样需要额外支撑材料。这表明，微重力环境或许能提高生物打印的精度，为复杂的组织工程开辟新的可能性。

2024年，AddUp公司与空中客车防务及空间部门携手，在ESA的“Metal3D”项目下开发了一款金属3D打印机，并将其送上了国际空间站。这款打印机采用了基于金属丝的3D打印技术，适用于处理微重力和极端温度条件，标志着太空制造技术又向前迈进了一步。

总之，格拉斯哥大学的研究成果不仅仅是技术上的进步，更是对未来太空探索和人类生活质量提升的美好愿景。随着更多类似技术的出现和发展，我们可以期待看到更多激动人心的变化发生在不远的将来。