在迈向太空制造的一小步中，NASA 正向国际空间站发送一台 3D 打印机。宇航员将能够在约微波炉大小的箱子内制造几乎任何形状的塑料物体——使他们能够打印新零件以替换损坏的零件，甚至可能发明有用的工具。
此次发射计划于 9 月 19 日左右进行，这将是 3D 打印机首次在太空飞行。该机构已经接受地面 3D 打印作为一种快速、廉价的方式来制造航天器部件，包括正在为其下一代重型运载火箭测试的火箭发动机组件。NASA 希望这项新能力将使未来的探险者能够在飞行中制造航天器部件。
太空专家表示，3D 打印的前景是真实的，但与围绕它的炒作相去甚远。“在太空爱好者群体中，有一种将 3D 打印视为神奇技术的趋势——就好像你所要做的就是挥动魔杖，说‘芝麻开门，这是一台 3D 打印机’，它就会为你建造一个月球基地，”华盛顿特区国家研究委员会高级项目官员 Dwayne Day 说，他负责监督最近一份关于太空 3D 打印的报告（见 go.nature.com/j6z5mq）。Day 说，实际上，这项技术“是正在开发和进步的更广泛技术基础的重要组成部分”。
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NASA 选择的打印机由 Made in Space 公司制造，该公司位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德 NASA 艾姆斯研究中心旁边的科技园。在打印机在空间站停留期间，它将使用热敏塑料制造物体，这种塑料在达到约 225–250 °C 的温度时可以成型。该团队对计划首先打印哪种类型的物体保持沉默，但总体思路是制造在空间站上使用的工具。“如果你的航天器上有 300 种不同的东西可能会损坏，你可能不需要携带所有 300 种东西的备件，”Day 说。
Made in Space 打印机也是在接近零重力条件下测试该技术性能的试验台。这些机器的工作原理是喷射材料的各个层，这些层堆积起来形成完整的 3D 物体。但在接近失重的环境中，没有重力将材料固定下来。
在乘坐“呕吐彗星”飞机（以抛物线飞行以产生几乎失重条件）的试飞中，Made in Space 发现，当飞机在微重力中循环进出时，打印材料的层厚度差异很大。通过修改打印机，该团队使各层厚度大致相同。
热问题也可能成为问题。热量在微重力中的流动方式不同，这可能意味着塑料的某些部分变得太热或太冷，以至于打印无法正常工作。“无论它工作得非常出色还是我们遇到一些问题，我们都将学到一些东西，这些东西将有助于未来机器的设计，”该公司研发主管 Michael Snyder 说。
Made in Space 正在考虑明年向空间站发送第二台打印机，其中融入了从首次飞行中获得的经验的设计变更。为了评估打印机的性能，这次在空间站上制造的零件将被运回地球进行测试，以查看它们是否与地球制造的材料一样好用。Day 指出，如果在太空制造的零件的性能至少不如宇航员可能从储物柜中取出的备件，那么在太空制造零件就没什么意义。时间也是一个问题：Made in Space 的打印通常需要 20 分钟到 2 小时，这可能没有用，具体取决于情况的紧急程度。
回到地球上，NASA 已经找到 3D 打印（也称为增材制造）可能节省时间和金钱的方法。在阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔太空飞行中心，工程师们一直在测试使用液体推进剂的火箭发动机的 3D 打印组件。在最近的一个项目中，火箭发动机喷油器的金属打印件至少降低了该零件 80% 的成本，该零件价值 30 万美元。另一项即将进行的测试将评估一个更复杂的机械部件的 3D 打印件：燃料涡轮泵，它是火箭发动机的核心。“我们正在寻找在有意义的地方应用增材制造，”马歇尔的工程师 Nick Case 说。
洛克希德·马丁空间系统公司位于科罗拉多州利特尔顿的工程师 Slade Gardner 说，设计师可以使用 3D 打印来生产以前在航天器中从未见过的形状。“我们还有很长的路要走，我们不能用 3D 打印做所有事情，”他说。“但真正的长期目标是一场设计革命。”
本文经许可转载，最初于 2014 年 9 月 10 日首次发表。