3D鋼鐵打印技術應用到國際空間站

2024-09-24 10:07:00

　　2024年5月30日，隨著一臺3D鋼鐵打印機在國際空間站上打印出首個鋼鐵組件，鋼鐵進入了太空時代。

　　2024年5月底，在國際空間站里，歐洲航天局（以下簡稱“歐空局”）哥倫布實驗艙的3D金屬打印機徹底改變了在軌制造方式。作為世界首創，這臺打印機使用液態不銹鋼打印了一小條S型曲線，證明了3D鋼鐵增材制造（一種每次建造一層物體的工藝）可以在太空中實現。

　　“這條S型曲線是測試線條，標志著我們3D金屬打印機的調試工作成功結束?！睔W空局技術官Rob Postema解釋說?！半S著首次打印的成功以及其他參考線條的推出，我們不久將會打印出完整的零件?！?/div>

　　基于聚合物的3D打印機已經在國際空間站上打印塑料物體有一段時間了，但金屬打印難度更大，因為金屬打印需要更高的溫度和激光器來熔化金屬。使用3D鋼鐵打印機時，首先將一根不銹鋼絲送入打印區域，然后由高功率激光器加熱，激光器的功率約為標準激光筆的100萬倍。隨著不銹鋼絲的融化，不銹鋼被印成所需的形狀。

圖為歐空局宇航員Andreas Mogensen在國際空間站內安裝3D鋼鐵打印機。

　　安全第一

　　“激光器及其產生的熱量帶來惡劣的打印環境，最初如何保護國際空間站是個問題?！笨湛凸?D金屬打印機系統工程師Sébastien Girault說?！按蛴C裝在一個密封的金屬盒子里，這個盒子起到保險箱的作用。該工藝兼容的金屬合金的熔點可能遠遠超過1200攝氏度，而塑料的熔點只有200攝氏度左右，這意味著需要嚴格的熱量控制?！?/div>

　　“重力管理也很關鍵，這就是我們選擇基于線材的打印技術的原因。線材不受重力影響，不像基于粉末的系統，粉末打印設備總是要落到地上?！?/div>

　　克服了這個障礙后，金屬具有的高強度、高硬度和導電性為在太空進行3D打印帶來巨大的機會。

　　太空打印，地球操作

　　3D金屬打印機只有微波爐大小，這臺打印機的操作員位于法國的CADMOS用戶支持中心。國際空間站航天員所要做的只是打開氮氣和排氣閥，以便開始打印。

　　為測試不銹鋼打印機在太空中的各種可能性，首先要打印一些預定的形狀，然后將這些形狀返回到地球，以便與在正常重力條件下在地面上打印的相同形狀進行質量和性能比較?？茖W家們將比較太空和地面上的測試數據，以了解微重力是對打印過程和金屬的影響。

　　“其中兩個打印部件將被送往位于荷蘭的歐洲太空研究和技術中心（ESTEC）的材料和電氣組件實驗室進行分析，以幫助我們了解長期微重力是否會對金屬材料的打印產生影響。另外兩個打印部件將被送往歐洲宇航員中心和丹麥技術大學（DTU）?！睔W空局技術、工程和質量局材料工程師Advenit Makaya透露。

　　打造太空循環經濟

　　歐空局計劃使用3D不銹鋼打印機來幫助打造太空中的循環經濟。為了延長太空設備的使用壽命并優化資源，歐空局希望一旦3D不銹鋼打印機完全投入使用，就可以用來打印軌道上所需的零件和工具，從而避免從地球上用火箭運送這些零件和工具。

　　“太空3D金屬打印具有一種很有前途的能力，不僅可以支持未來的探索活動，也可以通過現場制造、維修、太空結構物回收等廣泛的應用，進一步推動提高太空活動的可持續性。包括在軌大型基礎設施的制造和組裝，以及人類長期定居行星計劃，這些方面是歐空局即將開展的技術交叉項目的關鍵重點?！睔W空局機械部負責人Tommaso Ghidini說。

　　真心希望鋼鐵行業的先驅們也能看到如今鋼鐵在實質意義和象征意義上取得的進步！

來源：世界鋼鐵協會

編輯：張雨恬

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