在更廣闊的未來，也許我們可以帶著3D印表機去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D列印，列印出適合人類居住的“大本營”。

徐鳴

　　今年，一家名為火箭實驗室（Rocket Lab）的美國公司已累計把超過100顆衛星送入預定軌道。這家火箭公司的特別之處在于，其大部分火箭發動機是使用3D列印技術列印的。

　　當前，越來越多的航太公司正在使用3D列印技術研制航太産品。3D列印技術其實是“增材制造”的通俗説法。傳統的減法制造是從一塊材料中雕刻成品，而增材制造，是通過軟件與數控係統，將材料逐層堆積固化的制造技術。通常，用3D列印技術加工金屬類的産品，其原材料是金屬粉末；用3D列印技術加工非金屬的産品，原材料是絲材，列印過程類似“結繭”的過程。

　　航太領域應用3D列印技術有什麼好處呢？現在，在航太制造包括衛星和火箭等産品的研制方面，傳統制造模式面臨部件設計結構復雜、工藝流程長、材料成本高等問題，3D列印技術則可以滿足部分航太産品“更輕、更快、更便宜”的設計與制造需求，是航太領域未來結構設計與制造技術變革方向之一。

　　那麼，更輕、更快、更便宜是如何做到的呢？

　　首先，在復雜結構的航太元器件的研制中，3D列印技術可以根據軟件的數據模型直接成型，無需借助機械加工或者模具就可以完成零件的研制，同時可以很好地實現傳統機械加工無法實現的異形結構，極大地縮短研發和研制周期。

　　其次，相比于傳統工藝，3D列印在加工過程中能對粉末以及絲材進行充分利用，減少切割等造成的浪費，提高材料的利用率，降低制造成本。2016年，美國航太局通過3D列印生産的火箭零部件渦輪泵，與傳統的焊接和裝配技術相比,其原材料消耗減少了45%，制造該零件的整體成本僅為過去的35%。

　　最後，3D列印技術可以為航太器“減重”。在保證産品性能的前提下，通過軟件演算法，可以對零件內部材料分布進行結構優化。例如，傳統衛星天線工藝生産出的零件是100%實心結構，而應用3D列印技術可以生産出輕量化部件。

　　近年來，中國商業航太公司也在應用3D列印技術“降本增效”方面做了積極探索。比如，通過3D列印技術進行高頻微距波導、高性能天線等的加工，將部分載荷互聯的空間壓縮到傳統佔用空間的1/3，同時電性能還得到一定程度的提升，使得部分單機及係統的性能更上一層樓。

　　除了上述在地面上列印航太器部件以外，未來，在軌列印、太空列印的想像空間更大。

　　2020年，中國新一代載人飛船試驗船上搭載了一臺3D印表機，首次實現了中國太空3D列印實驗。可以想像，未來，假如人們在太空中長期生活，無疑需要大量生活用品，如果所有物品都要從地球發射到太空，那麼就需要一個體積無比巨大的火箭，發射成本極高。而3D列印技術可以通過“當場制造”解決這個問題。在理想情況下，只需攜帶一臺先進的3D印表機和足夠的原材料，到了太空以後，需要什麼列印什麼就可以了。

　　腦洞再開大一點，在更廣闊的未來，也許人們可以帶著3D印表機去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D列印，列印出適合人類居住的“大本營”。

來源：2021年12月15日出版的《環球》雜志 第25期

《環球》雜志授權使用，其他媒體如需轉載，請與本刊聯繫

本期更多文章敬請關注《環球》雜志微博、微信客戶端：“環球雜志”