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在更廣闊的未來，也許我們可以帶著3D打印機(jī)去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進(jìn)行3D打印，打印出適合人類居住的“大本營”。
今年，一家名為火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）的美國公司已累計(jì)把超過100顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。這家火箭公司的特別之處在于，其大部分火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是使用3D打印技術(shù)打印的。
當(dāng)前，越來越多的航天公司正在使用3D打印技術(shù)研制航天產(chǎn)品。3D打印技術(shù)其實(shí)是“增材制造”的通俗說法。傳統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)，將材料逐層堆積固化的制造技術(shù)。通常，用3D打印技術(shù)加工金屬類的產(chǎn)品，其原材料是金屬粉末；用3D打印技術(shù)加工非金屬的產(chǎn)品，原材料是絲材，打印過程類似“結(jié)繭”的過程。
航天領(lǐng)域應(yīng)用3D打印技術(shù)有什么好處呢？現(xiàn)在，在航天制造包括衛(wèi)星和火箭等產(chǎn)品的研制方面，傳統(tǒng)制造模式面臨部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程長、材料成本高等問題，3D打印技術(shù)則可以滿足部分航天產(chǎn)品“更輕、更快、更便宜”的設(shè)計(jì)與制造需求，是航天領(lǐng)域未來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)變革方向之一。
那么，更輕、更快、更便宜是如何做到的呢？
首先，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的航天元器件的研制中，3D打印技術(shù)可以根據(jù)軟件的數(shù)據(jù)模型直接成型，無需借助機(jī)械加工或者模具就可以完成零件的研制，同時(shí)可以很好地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的異形結(jié)構(gòu)，極大地縮短研發(fā)和研制周期。
其次，相比于傳統(tǒng)工藝，3D打印在加工過程中能對(duì)粉末以及絲材進(jìn)行充分利用，減少切割等造成的浪費(fèi)，提高材料的利用率，降低制造成本。2016年，美國航天局通過3D打印生產(chǎn)的火箭零部件渦輪泵，與傳統(tǒng)的焊接和裝配技術(shù)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%。
最后，3D打印技術(shù)可以為航天器“減重”。在保證產(chǎn)品性能的前提下，通過軟件算法，可以對(duì)零件內(nèi)部材料分布進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如，傳統(tǒng)衛(wèi)星天線工藝生產(chǎn)出的零件是100%實(shí)心結(jié)構(gòu)，而應(yīng)用3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)出輕量化部件。
近年來，中國商業(yè)航天公司也在應(yīng)用3D打印技術(shù)“降本增效”方面做了積極探索。比如，通過3D打印技術(shù)進(jìn)行高頻微距波導(dǎo)、高性能天線等的加工，將部分載荷互聯(lián)的空間壓縮到傳統(tǒng)占用空間的1/3，同時(shí)電性能還得到一定程度的提升，使得部分單機(jī)及系統(tǒng)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(yàn)船上搭載了一臺(tái)3D打印機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)了中國太空3D打印實(shí)驗(yàn)。可以想象，未來，假如人們?cè)谔罩虚L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(fā)射到太空，那么就需要一個(gè)體積無比巨大的火箭，發(fā)射成本極高。而3D打印技術(shù)可以通過“當(dāng)場(chǎng)制造”解決這個(gè)問題。在理想情況下，只需攜帶一臺(tái)先進(jìn)的3D打印機(jī)和足夠的原材料，到了太空以后，需要什么打印什么就可以了。
腦洞再開大一點(diǎn)，在更廣闊的未來，也許人們可以帶著3D打印機(jī)去其他星球，甚至使用該星球的土壤作為材料進(jìn)行3D打印，打印出適合人類居住的“大本營”。
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