在太空上測試3D打印？
【在太空上測試3D打印？】為了減少攜帶上太空的資源，Lowa state university的研究人員正在與NASA的工程師合作打造能夠在太空上使用的，不依靠重力方面的3D打印技術，因為在航天器上，傳感器等電子設備損壞的情況並不少見，從而導致可能危及其任務的問題。例如，就國際空間站上的濕度傳感器而言，它們對機組人員的安全至關重要，所以如果在設備發生故障，有能夠快速製造生成的零件，這會方便緊急更換或維修。
Lowa state university的研究人員成功測試了一種在零重力條件下3D打印電子產品的新方法。
為了代替重力，該團隊的技術能有效地利用電力將導電油墨逐層打印到玻璃基底上，從而可以創建複雜的電路。工程師們與NASA合作，旨在將該工藝開發成一種在太空中生產傳感器的方法，從而減少宇航員對攜帶備件的依賴，並使長途太空飛行更加可行。
對於未來的 NASA 任務、太空探索任務，他們不僅要派人來回，還要提供長期設施，研究團隊首席研究員Hantang Qin,解釋道。這就是他們正在努力做的，他們正在建造打印機，因此打印機可以長期留在國際空間站 (ISS) 或火星上。
Lowa state university NINJAS 研究人員在進行拋物線測試飛行。
Image Source：Steve Boxall/Zero-G。
即時修理電子產品
在航天器上，傳感器等電子設備損壞的情況並不少見，從而導致可能危及其任務的問題。例如，就國際空間站上的濕度傳感器而言，它們對機組人員的安全至關重要，如果設備發生故障，則需要緊急更換或維修。
儘管將替代品運送到基地聽起來像是解決這個問題的明顯方法，但這樣做會使執行補給任務時部署的飛行器更重，進而使操作成本大大增加。
為了解決這個問題，一組被稱為航空航天無重力噴墨打印或“NINJAS”團隊的研究人員提出了一種替代方案。在 Qin 的柔性電子和增材印刷實驗室開發，工程師的方法涉及使用電流體動力噴墨打印機制，用正在申請專利的新型銀和鈦酸鋇墨水製造零件。
據該團隊稱，這些材料非常適合電子產品生產，因為它們可以實現超穩定、高分辨率的打印，並且通過進一步的研發，它們可以創造出新型的柔性傳感器、軟機器人、電路板、半導體和其他微型設備，無論是在太空還是在地球上。
作為將他們的方法付諸測試的第一步，Qin,和他的團隊在 2021 年底建造了一台原型 3D 打印機，而Lowa state university的同事薑山在他的實驗室工作，在拋物線飛行測試之前完善他的一套導電墨水。
他們實驗的主要目標是在微重力下打印導電電路圖案，Qin,補充道。他們測試了多種具有不同材料特性的墨水，例如密度、表面張力和介電常數，同時確定了最佳操作條件，包括電壓、脈衝頻率和噴嘴方向。
領導Lowa state university項目的Hantang Qin and Shan Jiang。
Image Source：Lowa state university
NINJAS 零重力實驗
一旦他們的原型準備好進行測試，NINJAS 機組人員就將其帶到佛羅里達州的勞德代爾堡，在那裡由一架改裝飛機飛行，其條件模擬了外太空的情況。該飛機能夠通過以 45º 角連續上下飛行來實現這一目標，從而使團隊和他們的實驗能夠在該曲線的最高點體驗微重力下的短時間失重。
然而，雖然工程師們承認拋物線飛行測試是在不進入太空的情況下評估其 3D 打印機性能的唯一方法，但他們強調，設法在零重力下操作系統本身絕非易事，並將其描述為類似於“從 30,000 英尺高的建築物跳下 20-30 秒。”
零重力環境甚至不難適應這種感覺，參與該項目的Lowa state university學生之一Matthew Marander解釋道。他覺得更難處理的是在超重力、正常重力和零重力之間快速過渡的感覺。如此快速地在所有這些之間切換可能會讓人感到有點迷失方向。
就打印機的性能而言，Jiang 總結說，為期三天的測試的第一天對所有參與者來說都是一次學習經歷，但在第二天和第三天，團隊能夠 3D 打印“一些漂亮的圖案”。在取得初步成功後，研究人員現在加倍研究，在 2022 年 5 月進行第二次測試之前開發系統和材料的升級。
通過他們耗資 420,000 美元的項目，Jiang 補充說，該團隊最終“希望幫助 NASA 開發一個平台，該平台可以極大地擴展他們在太空中製造的材料和設備”，因此他們為自己設定了長期目標，即提出2024 年前用於 ISS 打印機的新型噴嘴頭。
在國際空間站內工作的宇航員。
Image Source：NatGeo/ISS：24/7 在空間站上。
在軌 3D 打印實戰
NASA 繼續投入大量時間、精力和資金來開展近地軌道 (LEO) 3D 打印實驗，最有前途的技術將在國際空間站上進行測試。就在去年，歐洲航天局的一個財團推出了早期的 FFF 3D 打印機，據說能夠製造“無限長度”的部件，已指定用於國際空間站。
過去，Made in Space（現為Redwire）等公司也曾幫助為國際空間站構建系統，該公司在 2019 年開發該站的3D 打印部件塑料回收設施方面發揮了關鍵作用。被稱為“ Braskem Recycler’，該機器將國際空間站的塑料廢物轉化為原料，使其能夠減少對供應任務的依賴，並建立近乎閉環的生產設置。
在國際空間站之外，慕尼黑應用科學大學的研究人員還開發了一種在軌衛星 3D 打印機，它能夠在太空真空中製造太陽能電池板或天線。與愛荷華州的 NINJAS 計劃類似，該項目的啟動目的是減輕航天器上不必要的重量，並允許它們攜帶更重要的貨物，例如燃料。
希望在不遠的將來，能夠看到更多有趣的技術應用在太空上。
