格拉斯哥大學研發(fā)微重力3D打印系統(tǒng)

2025年1月，南極熊獲悉，University of Glasgow（格拉斯哥大學）的研究團隊開發(fā)出了一種專門為微重力環(huán)境設計的3D打印系統(tǒng)，這項新技術有望改變人類對太空制造的理解和實踐方式。


△一名研究人員在拋物線飛行中的微重力模擬中評估 3D 打印系統(tǒng)

項目負責人Dr. Gilles Bailet已經申請了專利，有望解決在太空中使用增材制造時遇到的各種難題。例如，在地球上使用的傳統(tǒng)3D打印機依賴于重力來穩(wěn)定材料流動，但在微重力環(huán)境下，這種穩(wěn)定性會喪失，導致打印失敗。而新系統(tǒng)則使用顆粒狀材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線材，確保即使在失重狀態(tài)下也能流暢工作，不僅提高了打印的一致性，還加快了打印速度。

合作與支持：多方力量助力科技革新
項目獲得了來自多個渠道的支持，包括Glasgow Knowledge Exchange Fund、EPSRC Impact Acceleration Account, 以及 RAEng Chair in Emerging Technologies，這些資助對于推動研究進展起到了關鍵作用。此外，英國航天局也加入了合作，幫助研究團隊應對太空垃圾問題，確保未來的太空探索不會增加軌道污染。

在軌演示：邁向實際應用的重要一步
為了證明該技術的有效性，研究團隊計劃進行首次在軌演示，這次測試將展示新型3D打印機是否能夠在真實的太空環(huán)境中正常運作。如果成功，這將是向實用化邁進的重要一步。同時，團隊也在積極尋求額外的資金支持，以進一步完善技術和擴大其應用范圍。



解決現有局限：克服地球3D打印系統(tǒng)的障礙
Bailet博士指出，當前所有進入地球軌道的設備都是先在地面上建造好再通過火箭發(fā)射升空，所有的部件都必須符合嚴格的重量和體積限制，在發(fā)射過程中由于機械應力過大，可能會損壞昂貴的貨物。

相比之下，如果可以在太空中直接打印所需的結構或零件，就能擺脫這些限制。人們可以建造更大、更復雜的東西，并且可以根據任務需求優(yōu)化設計，而不是被火箭發(fā)射條件所束縛。

微重力試驗：從理論到實踐的關鍵轉換
為了驗證新系統(tǒng)的可行性，研究團隊參加了歐洲航天局組織的“拋物線飛行”活動。這類飛行通過快速上升和下降模擬出短暫的失重狀態(tài)，非常適合用來測試太空技術。在整個飛行過程中，研究人員利用超過90次這樣的失重瞬間對3D打印系統(tǒng)進行了全面評估。

結果顯示，新的3D打印技術表現優(yōu)異，能夠可靠地完成打印任務。更重要的是，它解決了傳統(tǒng)絲材打印機在真空條件下容易堵塞的問題，為未來長期的太空任務提供了堅實的技術基礎。



無限潛力：從能源收集到醫(yī)療革命
Bailet博士強調了這項技術的應用場景。比如，可以用它來制造空間太陽能反射器，這些反射器可以全天候收集太陽能，從而提供持續(xù)穩(wěn)定的低碳電力供應；還可以構建高性能通信天線，改善地面與衛(wèi)星之間的通訊質量；甚至有可能革新制藥行業(yè)，在微重力環(huán)境下生產的藥物可能會更加有效。研究表明，在微重力中制造的胰島素效力可能是地球上的九倍。這意味著，一旦這項技術成熟并應用于實際生產，將大大提升藥物的效果，給患者帶來福音。

展望未來：太空成為下一個制造業(yè)中心
隨著這項技術的發(fā)展，人們開始設想一個全新的未來：太空不再僅僅是探索的目的地，而是變成了一個活躍的制造業(yè)樞紐。2016年，NASA承包商Techshot就曾與nScrypt及Bioficial Organs合作，在零重力公司運營的飛機上成功測試了一款生物3D打印機，證明了在微重力環(huán)境下可以精確打印心臟和血管結構，無需像地球上那樣需要額外支撐材料。這表明，微重力環(huán)境或許能提高生物打印的精度，為復雜的組織工程開辟新的可能性。

2024年，AddUp公司與空中客車防務及空間部門攜手，在ESA的“Metal3D”項目下開發(fā)了一款金屬3D打印機，并將其送上了國際空間站。這款打印機采用了基于金屬絲的3D打印技術，適用于處理微重力和極端溫度條件，標志著太空制造技術又向前邁進了一步。

總之，格拉斯哥大學的研究成果不僅僅是技術上的進步，更是對未來太空探索和人類生活質量提升的美好愿景。隨著更多類似技術的出現和發(fā)展，我們可以期待看到更多激動人心的變化發(fā)生在不遠的將來。