3D鋼鐵打印技術應用到國際空間站
2026-04-16 03:42:37
2024年5月30日,隨著一台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,在國際空間站裏,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製造方式。作為世界首創,這台打印機使用液態不鏽鋼打印了一小條S型曲線,證明了3D鋼鐵增材製造(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,標誌著我們3D金屬打印機的調試工作成功結束。”歐空局技術官Rob Postema解釋說。“隨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。”
基於聚合物的3D打(da)印(yin)機(ji)已(yi)經(jing)在(zai)國(guo)際(ji)空(kong)間(jian)站(zhan)上(shang)打(da)印(yin)塑(su)料(liao)物(wu)體(ti)有(you)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)了(le),但(dan)金(jin)屬(shu)打(da)印(yin)難(nan)度(du)更(geng)大(da),因(yin)為(wei)金(jin)屬(shu)打(da)印(yin)需(xu)要(yao)更(geng)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)和(he)激(ji)光(guang)器(qi)來(lai)熔(rong)化(hua)金(jin)屬(shu)。使(shi)用(yong)3D鋼鐵打印機時,首先將一根不鏽鋼絲送入打印區域,然後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。隨著不鏽鋼絲的融化,不鏽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。”空客公司3D金屬打印機係統工程師Sébastien Girault說。“打印機裝在一個密封的金屬盒子裏,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,而塑料的熔點隻有200攝氏度左右,這意味著需要嚴格的熱量控製。”
“重(zhong)力(li)管(guan)理(li)也(ye)很(hen)關(guan)鍵(jian),這(zhe)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)選(xuan)擇(ze)基(ji)於(yu)線(xian)材(cai)的(de)打(da)印(yin)技(ji)術(shu)的(de)原(yuan)因(yin)。線(xian)材(cai)不(bu)受(shou)重(zhong)力(li)影(ying)響(xiang),不(bu)像(xiang)基(ji)於(yu)粉(fen)末(mo)的(de)係(xi)統(tong),粉(fen)末(mo)打(da)印(yin)設(she)備(bei)總(zong)是(shi)要(yao)落(luo)到(dao)地(di)上(shang)。”
克服了這個障礙後,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金屬打印機隻有微波爐大小,這台打印機的操作員位於法國的CADMOS用戶支持中心。國際空間站航天員所要做的隻是打開氮氣和排氣閥,以便開始打印。
weiceshibuxiugangdayinjizaitaikongzhongdegezhongkenengxing,shouxianyaodayinyixieyudingdexingzhuang,ranhoujiangzhexiexingzhuangfanhuidaodiqiu,yibianyuzaizhengchangzhonglitiaojianxiazaidimianshangdayindexiangtongxingzhuangjinxingzhilianghexingnengbijiao。kexuejiamenjiangbijiaotaikonghedimianshangdeceshishuju,yilejieweizhonglishiduidayinguochenghejinshudeyingxiang。
“其中兩個打印部件將被送往位於荷蘭的歐洲太空研究和技術中心(ESTEC)decailiaohedianqizujianshiyanshijinxingfenxi,yibangzhuwomenlejiechangqiweizhonglishifouhuiduijinshucailiaodedayinchanshengyingxiang。lingwailianggedayinbujianjiangbeisongwangouzhouyuhangyuanzhongxinhedanmaijishudaxue(DTU)。”歐空局技術、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不鏽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並優化資源,歐空局希望一旦3D不鏽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,也可以通過現場製造、維修、太tai空kong結jie構gou物wu回hui收shou等deng廣guang泛fan的de應ying用yong,進jin一yi步bu推tui動dong提ti高gao太tai空kong活huo動dong的de可ke持chi續xu性xing。包bao括kuo在zai軌gui大da型xing基ji礎chu設she施shi的de製zhi造zao和he組zu裝zhuang,以yi及ji人ren類lei長chang期qi定ding居ju行xing星xing計ji劃hua,這zhe些xie方fang麵mian是shi歐ou空kong局ju即ji將jiang開kai展zhan的de技ji術shu交jiao叉cha項xiang目mu的de關guan鍵jian重zhong點dian。”歐空局機械部負責人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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