格拉斯哥大学开发微重力3D打印系统，成功测试并寻求太空演示资金支持

苏格兰一所大学的研究人员向未来迈出了一小步，轨道工厂可以在太空中按需 3D 打印未来技术。格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的 Gilles Bailet 博士获得了一项新系统的专利，据说该系统可以克服零重力下 3D 打印的挑战。他的技术最近在研究飞机的一系列飞行中接受了严格测试。

当被问及更多关于专利工艺的信息时，Bailet 告诉CW，该系统的设计考虑了更细的浸渍聚合物。“这已在微重力条件下使用浸有 30% 短碳纤维的 PEEK 颗粒材料成功得到证明，”Bailet 解释道。“我们还在研究嵌入连续纤维的技术，以制造更坚固的部件，并用于健康监测。我们还在研究通过英国航天局资助的项目在模拟太空环境中进行拉伸试验，在新型测试台上表征用于太空应用的新型复合材料部件的性能。”

Bailet 表示，解决低重力环境下 3D 打印物体的难题，可以为轨道制造商生产零部件铺平道路，这些零部件可以在轨道上组装成新型设备。这些设备可能包括太阳能反射器，用于产生零碳能源并传输回地球，改进的通信天线或药物研究站，用于制造更纯净、更有效的药物。

多年来，Bailet 一直在研究一种更适合在外层空间使用的原型 3D 打印机。它没有使用地面 3D 打印机中使用的细丝，而是使用由团队开发的一种颗粒材料，这种材料旨在在微重力和太空真空环境中有效工作。Bailet 表示，这种材料的特性使其能够可靠地从原型的原料罐中抽出并比任何其他方法更快地输送到打印机的喷嘴。

此外，Bailet 和他的同事正在探索在打印过程中将电子设备嵌入到材料中的方法，从而为在太空中制造的设备以及可回收的空间系统创建功能性组件开辟了可能性。

“目前，进入地球轨道的所有物体都是在地面建造，然后用火箭送入太空，”贝利特说。“它们的质量和体积受到严格限制，在发射过程中，当机械约束被突破时，它们会自行破碎，从而毁坏昂贵的货物。如果我们可以将制造商安置在太空中，按需建造结构，我们将摆脱这些有效载荷限制。反过来，这可以为创建更具雄心、资源密集程度更低的项目铺平道路，这些项目的系统实际上是针对任务而不是火箭发射的限制进行优化的。

“增材制造或 3D 打印能够快速且低成本地生产极其复杂的材料，”他继续说道。“将这项技术应用于太空并打印出我们在轨道上组装所需的材料将大有裨益。然而，在地球上运行良好的材料在太空真空中往往不那么坚固，而且 3D 打印从未在国际空间站加压舱外进行过。传统 3D 打印机中的细丝经常在微重力和真空条件下断裂或堵塞，这是在它们能够可靠地用于太空之前需要解决的问题。通过这项研究，我们现在拥有的技术使我们更接近能够做到这一点。”

研究团队的原型演示器于 2024 年 11 月在欧洲航天局与 Novespace（法国波尔多）合作的第85 届抛物线飞行活动中证明了其在微重力条件下的有效性。测试套件进行了三次飞行，为团队提供了超过 90 次短暂的失重状态，在过山车般的急剧上升和快速下降的顶点 - 这是一项体力挑战，飞行这些航线的飞机因其对乘客消化系统的影响而获得了“呕吐彗星”的称号。

在每个22秒的失重期间，研究团队密切监测原型机的动态和功耗，这表明该系统在微重力条件下的挑战中能够按照设计运行。 

“3D 打印太空反射器，比如我的同事 Colin McInnes 教授的SOLSPACE 项目正在开发的反射器 ，可以全天 24 小时收集太阳能，帮助我们通过一种全新的低碳发电方式实现净零排放，”Bailet 说道，并举例说明了在轨 3D 打印部件和结构如何推动未来的太空应用。“同样，在太空中生长的晶体通常比在地球上制造的晶体更大、更有序，因此轨道化学工厂可以生产新的或改良的药物并运回地面。”

Bailet 和他的团队目前正在寻求资金，以支持首次在太空中展示他们的技术。他们还在英国航天局的资助下领导了一项努力，以确保未来的太空制造项目不会加剧日益严重的太空垃圾问题。

太空制造项目由格拉斯哥大学格拉斯哥知识交流基金和 EPSRC 影响加速账户资助。该项目由 Colin McInnes 教授的 RAEng 新兴技术讲座和 RAEng 概念验证奖资助。