在更廣闊的未來，也許我們可以帶着3D打印機去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D打印，打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於，其大部分火箭發動機是使用3D打印技術打印的。

　　當前，越來越多的航天公司正在使用3D打印技術研製航天産品。3D打印技術其實是“增材製造”的通俗説法。傳統的減法製造是從一塊材料中雕刻成品，而增材製造，是通過軟體與數控系統，將材料逐層堆積固化的製造技術。通常，用3D打印技術加工金屬類的産品，其原材料是金屬粉末；用3D打印技術加工非金屬的産品，原材料是絲材，打印過程類似“結繭”的過程。

　　航天領域應用3D打印技術有什麼好處呢？現在，在航天製造包括衛星和火箭等産品的研製方面，傳統製造模式面臨部件設計結構複雜、工藝流程長、材料成本高等問題，3D打印技術則可以滿足部分航天産品“更輕、更快、更便宜”的設計與製造需求，是航天領域未來結構設計與製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，在複雜結構的航天元器件的研製中，3D打印技術可以根據軟體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製，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製周期。

　　其次，相比於傳統工藝，3D打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，降低製造成本。2016年，美國航天局通過3D打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%，製造該零件的整體成本僅為過去的35%。

　　最後，3D打印技術可以為航天器“減重”。在保證産品性能的前提下，通過軟體算法，可以對零件內部材料分佈進行結構優化。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打印技術可以生産出輕量化部件。

　　近年來，中國商業航天公司也在應用3D打印技術“降本增效”方面做了積極探索。比如，通過3D打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，使得部分單機及系統的性能更上一層樓。

　　除了上述在地面上打印航天器部件以外，未來，在軌打印、太空打印的想象空間更大。

　　2020年，中國新一代載人飛船試驗船上搭載了一台3D打印機，首次實現了中國太空3D打印實驗。可以想象，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打印技術可以通過“當場製造”解決這個問題。在理想情況下，只需攜帶一台先進的3D打印機和足夠的原材料，到了太空以後，需要什麼打印什麼就可以了。

　　腦洞再開大一點，在更廣闊的未來，也許人們可以帶着3D打印機去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進行3D打印，打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》雜誌 第25期

《環球》雜誌授權使用，其他媒體如需轉載，請與本刊&&

本期更多文章敬請關注《環球》雜誌微博、微信客戶端：“環球雜誌”