太空制造突破:新技术实现微重力环境3D打印颗粒材料传输

近日,英国格拉斯哥大学的研究团队在太空制造领域取得重大突破,其研发的微重力环境下3D打印技术已成功获得专利。这项技术采用了一种基于传送带的系统,专门为熔融颗粒制造(FGM)设计,能够高效传输颗粒材料,并通过软管或类似装置将材料精准输送至打印头。此外,系统还配备了材料补充组件,进一步提升了其稳定性和实用性。

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技术验证:微重力环境下的成功试验

为了验证该技术的可行性,研究团队在欧洲航天局(ESA)委托Novespace运营的抛物线飞行飞机(俗称“呕吐彗星”)上进行了多次试验。在模拟微重力环境下,该技术成功完成了90次试验,每次试验时长最长达到22秒,充分证明了该技术在极端环境下的可靠性和适应性。

目前,这项专利已授予格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的Gilles Bailet博士。Bailet博士表示,当前所有送入地球轨道的物品均在地球表面制造,并通过火箭发射进入太空。然而,这种方式不仅受限于火箭的载重和体积,还可能在发射过程中因剧烈震动导致物品损坏,造成高昂的经济损失。如果能够在太空中部署制造设备,按需构建结构,将彻底摆脱这些限制,为更宏大、资源利用更高效的项目创造条件。

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传统3D打印设备在微重力和真空环境下存在明显缺陷,例如细丝容易断裂或堵塞,导致打印失败。而这项新技术通过创新的颗粒传输系统,成功解决了这些问题,为太空制造提供了全新的可能性。

应用前景:从药物生产到航天器部件

Bailet博士指出,这项技术的应用前景极为广阔。例如,它可以用于生产药物、太阳能反射器和天线等关键设备。此前,已有多个机构和企业在太空制造领域展开探索。例如,Incus公司进行了太空制造实验,NASA启动了多个相关项目,欧洲航天局(ESA)也在积极研究,Redwire公司进行了投资,及伯克利大学推出了SpaceCAL项目。

太空制造研究的蓬勃发展,背后是“投资者逻辑”的推动。相比开采小行星矿产,太空制造更具吸引力,因为它有望通过独特的生产方法获得专利,实现高价值产品的无限生产。

太空制造的独特优势

Bailet博士进一步表示,该技术已在实验室和微重力环境下进行了大量测试,团队对其性能充满信心。这不仅为在太空3D打印天线和其他航天器部件带来了可能,还为药物生产开辟了新途径。例如,在太空生长的晶体通常比地球上的更大、排列更有序,轨道化工厂有望借此生产新型或改良药物。以胰岛素为例,太空生产的胰岛素疗效可能提升9倍,糖尿病患者注射频率可从每日三次降至每三天一次。

未来,太空制造将吸引大量关注、投资和政府资金,尤其是在药物生产和电子应用晶体制造方面,其潜力巨大。这项技术的成功研发,不仅标志着太空制造技术的重大进步,也为未来的深空探索和可持续发展提供了强有力的支持。

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