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3D打印不僅在地球上努力進(jìn)入主流應用，還脫離了地球進(jìn)入外太空。
宇航員們正在國際空間站掀起一股3D打印風(fēng)暴。如果美國航空航天局NASA的添加制造項目按計劃進(jìn)行，用不了多久，就能完成比在太空中制造扳手和備件更復雜更精彩的生產(chǎn)。
在太空中3D打印的第一個(gè)物件是3D打印機本身的一個(gè)備件。這是一個(gè)擠出機外殼，印上了打印機生產(chǎn)商的名稱(chēng)“Made In Space”以及NASA標識。隨后很快又為擠出機外殼打印了一塊側板。
NASA的3D打印項目經(jīng)理Niki Werkheiser說(shuō)，第一次打印時(shí)，"制品需要有意義，能夠從中獲得測試數據。"
"這類(lèi)事情或許對普通人來(lái)說(shuō)顯得枯燥無(wú)味。但卻是我們首次在太空中加熱并擠出塑料。哪怕徹底失敗了，打印出亂七八糟的一團東西（我們知道不會(huì )），如果我們沒(méi)有飄在空間站里嘗試過(guò)，是不會(huì )明白這一點(diǎn)的?？臻g站是唯一可以提供微重力的實(shí)驗室平臺。"
自從11月24日首次成功打印以來(lái)，宇航員們開(kāi)始嘗試更大、更好、也更容易辨識的物件，包括一個(gè)棘輪扳手。棘輪扳手的圖紙在一周時(shí)間內被設計出來(lái)，經(jīng)過(guò)批準后送入太空，花了約四小時(shí)就打印出來(lái)，耗材是ABS 7006長(cháng)絲。這是對NASA的按需3D打印能力的真正考驗。
3D打印項目是NASA與總部位于加州的Made In Space公司簽訂的價(jià)值140萬(wàn)美元的小企業(yè)創(chuàng )新研發(fā)計劃合約，第一階段是測試宇航員在微重力環(huán)境下生產(chǎn)自用零件和工具的可行性。
把添加制造技術(shù)帶入太空最終將能最大程度減少從地球攜帶零部件和工具進(jìn)入太空，節省高昂的太空運載成本（每公斤10000美元），并提高空間站的自給自足能力。這階段打印的試件、零件和工具最終將被帶回地球，與地面上用同一臺打印機打印的同一種物件做比較。
Werkheiser說(shuō)："我們將把所有樣件帶回地球，與地面對照品進(jìn)行比較。我們還將通過(guò)視頻做初步分析。我們發(fā)現表面積較大的零部件，不太容易取出。我們需要研究這是否真的是由微重力所致。雖然地面上也有這樣的情況，但在運行軌道上發(fā)生頻率更高一些。"
他指出，盡管打印機生產(chǎn)出來(lái)是一模一樣的，但經(jīng)過(guò)發(fā)射和微重力后可能有所變化。"附著(zhù)力無(wú)疑是我們的問(wèn)題之一。"
除了比較打印過(guò)程，太空中打印的零部件還要接受抗拉強度、扭矩和靈活性測試。測試結果將提供給Made In Space公司，幫助完善其下一代微重力3D打印機，預計將在今年初交付。
該項目接下來(lái)還有其他很多事要做。"添加制造設備"（縮寫(xiě)為AMF）現已投入開(kāi)發(fā)，提供給空間站的下一代3D打印機將是Made In Space公司根據眾多用戶(hù)的體驗所總結的經(jīng)驗而生產(chǎn)的商用打印機。
Werkheiser在描述太空國家實(shí)驗室的情形時(shí)說(shuō)："這將成為他們自己的打印機，而NASA將成為他們的客戶(hù)之一。其他實(shí)體、高校、行業(yè)、地面上的任何人，都將能獲得在空間站里3D打印的體驗。"
Made In Space公司把這比喻為"太空中永久的生產(chǎn)車(chē)間”。
他說(shuō)："當然它將為宇航員所用，用于實(shí)驗用途。但Made in Space公司還將推出商用版。任何想在空間站上做實(shí)驗的人都能加入這一隊列。"
Werkheiser說(shuō)，新系統要比原來(lái)微波爐大小的3D打印機更大一些，還將具備多材料能力，最有可能從PEEK和Ultem開(kāi)始著(zhù)手，歸功于其高強度、高安全性評級和卓越的熱屬性。
她說(shuō)："Ultem已被用于生產(chǎn)各種艙外活動(dòng)或太空漫步工具。雖然在太空中打印的質(zhì)量還存在未知性，但到目前為止一切順利。"
其他項目
把更強大的打印機送到從未有打印機留下足跡的地方，這并不是Made In Space公司與NASA合作的所有內容。
在2014年初，美國政府就簽訂了兩份合約，每份價(jià)值125000美元，簽約方分別為Made In Space公司和華盛頓州的Tethers Unlimited Inc.公司，其目標是開(kāi)發(fā)一臺再生機器，回收3D打印塑料件或其他塑料，并將其再生成為可用的原料。Werkheiser說(shuō)，該計劃力爭在2016年把一臺再生技術(shù)演示用機送上太空。
她說(shuō)："兩家公司已經(jīng)把再生機器生產(chǎn)出來(lái)，并在地面上把不同的材料再生為長(cháng)絲。"
該計劃的目標在于提高可持續發(fā)展能力：把包裝材料，如泡沫、薄膜袋和氣泡紙變?yōu)榭稍儆玫脑匣蚶?/span>3D打印的原料，最大程度減少再供給的需求。
Lowery和Made In Space公司對其ABS再生系統R3-DO的細節守口如瓶，但其熱情態(tài)度溢于言表。
他說(shuō)："這無(wú)疑是實(shí)現優(yōu)化和提高資源利用的一項重要舉措。如果3D打印機成為太空中的標準，再結合材料再生，有望在太空中實(shí)現可持續發(fā)展，并在很大程度上擴大探索。"
Tethers Unlimited公司已宣布了其太空再生計劃Positrusion，還對地面應用做出了設想。
該公司在去年的項目建議書(shū)中寫(xiě)道："這項擬議將開(kāi)發(fā)一種長(cháng)絲擠出機，采用名為Positrusion的全新擠出工藝，在地面完成設計，可直接利用任意形狀的ABS塑料廢片優(yōu)化生產(chǎn)小批量的正控制圓長(cháng)絲，同時(shí)達到空間站的操作要求。該機先烘干進(jìn)料并脫氣，然后通過(guò)模頭融化和擠出，冷卻擠出型材的橫斷面尺寸和送料速度將通過(guò)連續模擬閉模成型加以嚴格控制。"
"Positrusion工藝不適用于高產(chǎn)量的工業(yè)用途，但日益壯大的家用和辦公用3D打印機用戶(hù)中有很大一部分會(huì )產(chǎn)生興趣，可幫助他們有效實(shí)施自立的3D打印機材料再生。"
地球上存在的塑料問(wèn)題，比如閉環(huán)生產(chǎn)，有可能在太空中找到解決辦法。
而NASA/Made In Space合作項目在接下來(lái)面臨的太空3D打印的最大問(wèn)題，將與地面上設計人員所遇到的問(wèn)題截然相反。
在國際空間站中沒(méi)有上下移動(dòng)，四面墻都可以使用。
Werkheiser說(shuō)："如果你使用四個(gè)打印托盤(pán)在所有四個(gè)方向打印會(huì )發(fā)生什么？微重力環(huán)境是否能消除在重力下打印所產(chǎn)生的鎖邊和凹陷？" "想到我們在微重力環(huán)境下能夠設計出重力下無(wú)法想象的新事物真是很有趣。"
她說(shuō)，但這需要設計師們轉換思路，要找出必須添加什么，剔除不需要的設計元素。
她說(shuō)："除技術(shù)本身外，我們對建立新的設計師和開(kāi)發(fā)者群體也很感興趣。"
NASA將把其專(zhuān)為太空設計的物品的CAD文件公開(kāi)提供，讓地球上的每個(gè)人都能自行將它們3D打印出來(lái)。
Werkheiser說(shuō)："我不認為我們將會(huì )顛覆3D打印的整個(gè)概念，但在使之更適用于高優(yōu)化、可復現的技術(shù)進(jìn)步方面，毫無(wú)疑問(wèn)我認為我們正在做出重要貢獻。"
Lowery說(shuō)，Made In Space正在認真考慮太空即用型塑料設計的未來(lái)發(fā)展，向當前和未來(lái)的塑料行業(yè)以及更廣闊的領(lǐng)域發(fā)起了挑戰。
他說(shuō)："我們將交付一種前所未有的平臺，把CAD軟件推向從未企及的高度，并把這種能力提供給普通大眾。"
"我們已經(jīng)在太空中建立了生產(chǎn)車(chē)間，我希望大家與我們一起推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。我們已經(jīng)拿到了鑰匙，讓我們用鑰匙開(kāi)啟未來(lái)。找出一切新的可能性。"
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