格拉斯哥大學開發一種零重力3D打印技術，或將改變太空建設方式
2025年1月14日，格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的研究人員宣稱在太空3D打印領域取得了新的進展。Gilles Bailet博士領導的團隊成功開發了一種創新系統，該系統解決了在微重力環境下進行3D打印的關鍵挑戰，并已獲得相關專利。
在地球上廣泛使用的傳統3D打印依賴于擠壓技術和長絲材料，然而，這些材料在零重力條件下表現不佳，限制了它們在太空制造中的應用。Bailet博士的研究團隊開發了一種基于顆粒狀材料的新型3D打印方法，這種材料專為微重力和真空環境設計，能夠確保在太空中穩定、高效地進行打印作業。
新系統不僅克服了太空打印的物理限制，還通過將電子元件直接嵌入到打印材料中，拓展了3D打印技術的邊界。這種創新方法不僅能夠制造出用于太空任務的復雜電子設備，還能實現空間系統組件的可回收利用，對太空可持續發展具有重要意義。
打印和反重力
Gilles Bailet博士解釋道，目前，所有進入地球軌道的物體都是在地面上制造完畢后，需要通過火箭發射進入太空。然而，火箭的有效載荷能力受到嚴格的限制，發射過程中，一旦超出機械限制，便可能導致載荷損壞，從而損失昂貴的貨物。若能在太空中設置制造設施，按需生產所需的結構，我們便能擺脫這些載荷限制。這將為設計更加雄心勃勃、資源使用更為高效的項目提供可能，使系統設計更加符合任務需求，而非僅僅適應火箭發射的限制。
3D打印能以快速和低成本生產出極為復雜的材料結構。將這項技術應用于太空，打印出在軌道上組裝所需的部件，將具有巨大的價值。然而，地球上的3D打印技術在太空真空環境中并不總是可靠。例如，傳統3D打印機使用的細絲在微重力和真空條件下往往會出現斷裂或堵塞問題，這在太空中的可靠使用之前需要解決。Bailet補充道：“通過我們目前的研究，我們已經擁有了克服這些問題的技術，這使我們更接近于實現太空3D打印的目標。在未來幾年內，這項技術有望為全球帶來積極的影響。”
太空中3D打印的優勢
去年11月，歐洲航天局與法國波爾多Novespace合作舉辦的第85屆拋物線飛行活動中，Gilles Bailet博士的原型演示器成功地在微重力條件下進行了測試。團隊攜帶測試套件進行了三次飛行，經歷了90多次短暫的失重狀態，這些狀態出現在飛行過程中的急劇上升和快速下降階段。在每次持續22秒的失重階段，原型機的性能和能耗都受到了密切監控，測試結果表明該系統能夠滿足微重力條件下的預期效能。
Gilles Bailet博士表示：“我們已經在實驗室和微重力環境下對這項技術進行了廣泛的測試，并相信它已經準備好按預期運行。這為在太空中3D打印天線和其它航天器部件開辟了新的可能性。”
他還提到：“例如，3D打印太空反射器，正如我的同事Colin McInnes教授在SOLSPACE項目中正在開發的那樣，能夠全天候收集太陽能，有助于我們通過一種全新的低碳發電方式實現凈零排放。此外，在太空中生長的晶體通常比地球上制造的晶體更大、更有序，因此軌道化學工廠可以生產新的或改良的藥物，并將它送回地面。有研究顯示，在太空中生長的胰島素效力可能提高9倍，使得糖尿病患者可以每三天注射一次，而不是像現在這樣每天注射三次。”
Bailet博士以及團隊目前正尋求資金支持，以便首次在太空中展示他們的技術。他們還在英國航天局的資助下領導了一項努力，確保未來的太空制造項目不會加劇日益嚴重的太空垃圾問題。Bailet博士的太空制造項目開發得到了格拉斯哥大學格拉斯哥知識交流基金和EPSRC影響加速賬戶的資助。此外，3D打印太空項目還得到了Colin McInnes教授的RAEng新興技術講座和RAEng概念驗證獎的支持。
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