DLR推出全3D打印MiniFix模块，一种高度适应性的太空生物固定系统

2025年5月25日，南极熊获悉，德国航空航天中心(DLR)的研究人员开发了 MiniFix，这是一种完全基于 3D 打印注射器的生物固定系统，专为航天飞行而设计。MiniFix已成功部署于五次MAPHEUS探空火箭任务中，代表了实验有效载荷设计的突破，它结合了快速成型、模块化和在微重力环境下的稳健性能，在微重力研究的极端条件下，将快速成型与模块化、轻量化和可靠的性能相结合。

相关研究以题为“Pioneering the Future ofExperimental Space Hardware: MiniFix - a Fully 3D-Printed and Highly AdaptableSystem for Biological Fixation in Space”的论文发表在 SpringerNature 出版的《微重力科学与技术》杂志上。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12217-025-10178-4

空间生命科学的3D打印里程碑

与传统的生物固定系统不同，MiniFix 完全采用熔融沉积成型 (FDM) 技术生产。关键部件，包括注射器支架、底板和外壳，均使用桌面 3D 打印机（尤其是Prusa MK3+）制造，打印机配备 0.4 毫米喷嘴和 0.3 毫米层高。这种方法能够快速、低成本地迭代和定制部件，以满足不同的任务和实验需求。

MiniFix系统经过结构改进，使用了三种不同的材料：PLA（聚乳酸），用于初始任务（MAPHEUS-09 和 MAPHEUS-12）；PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯），用于增强机械耐久性（MAPHEUS-14）；以及 GreenTEC Pro，一种高耐热性的可堆肥生物塑料，用于 MAPHEUS-15。这使得 MiniFix 成为首个搭载火箭飞行的生物可堆肥实验结构。

△MiniFix固定系统的剖面半透明视图。图片来自 Sebastian Feles / DLR。

模块化设计，可快速适应

MiniFix 采用双注射器配置，固定剂和生物样本分别置于垂直堆叠的注射器中。注射器驱动由 NEMA11 步进电机和线性执行器驱动，可实现精确的流体分配。硬件采用模块化设计，可进行消毒，因此预组装的注射器单元可在无菌条件下安装。

全3D打印底盘确保无需重新设计核心系统即可快速添加定制功能，例如用于植物实验的集成照明。这使得MiniFix适用于从单细胞生物到类器官的各种生物模型。

△SBBFS配置的变体。图片来自 Sebastian Feles / DLR

通过废热进行内置热调节

MiniFix 的被动热管理系统是一项突出的创新，它利用步进电机产生的热量来维持稳定的内部温度。由于无需单独的加热元件，这套系统简化了设计，降低了功耗，并减轻了总有效载荷重量，这对于对重量和能量预算有严格要求的探空火箭任务来说至关重要。

MAPHEUS-15 的测试数据显示，MiniFix的内部温度保持在 21.98°C ±0.12°C，即使在低至4°C 的环境条件下，运行期间也仅消耗 4.6 Wh。

经过太空测试的可靠性

MiniFix 3D打印结构的可靠性在多次任务中得到了检验。MiniFix成功经受住了极端条件的考验，包括超过20 g的发射振动以及从超重力到微重力和再入大气层的温度波动。在四次任务中，组件未出现任何性能下降或材料失效，飞行后检查确认了所有打印部件和机械系统的完整性。

未来的应用

除了固定功能外，MiniFix 还可以发展成为适用于太空的通用液体处理系统。注射器机制已能够进行可编程混合，平台可适用于试剂输送、药物测试，甚至太空制造中的微流体技术。此外，它还体现了增材制造技术如何加速实验开发周期，同时在恶劣环境下保持可靠性。开源微控制器和模块化设计理念进一步使其成为未来生命科学及其他领域实验硬件的模板。

增材制造正在迅速改变航天硬件的开发，从在轨部件制造到地面发射系统。就在今年，欧空局在国际空间站上的Metal3D打印机在微重力环境下生产出了首个金属3D打印部件，现已安全返回地球进行分析。

来自太空的金属3D打印部件。图片来自欧空局。

与此同时，尼康和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)正在合作改进用于太空部件的大型金属 3D 打印技术，改进材料和工艺控制，以缩短交付周期并降低发射成本。在此背景下，德国宇航中心 (DLR) 的 MiniFix 系统代表了新一波高度适应性、特定任务的有效载荷，这些有效载荷完全使用桌面 FDM 打印机和生物塑料制造，并针对探空火箭飞行和微重力研究的严苛要求进行了优化。