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中欧同放航天大招! 太空制造的3D打印下半场
2024年9月6日航天历史上大戏连台的一天。
就在我国酒泉卫星发射中心传出我国可重复使用航天器成功着陆的捷报时，欧洲航天局(ESA)也发布了一条振奋3D打印圈的消息：由该局与空客公司联合研制的金属3D打印机，在国际空间站完成了首次太空增材制造。
这两则同框新闻，昭示了世界主要航天力量在新型太空制造技术上的最新突破，必将为全球航天产业和增材制造业带来深远影响。
神秘归来：中国版"X-37B"惊艳首秀
据新华社报道，这架由我国自主研发的可重复使用航天器于9月6日成功返回预定着陆场。
此次试验的圆满成功，标志着我国在可重复使用航天器技术研究方面取得了重要突破。
然而，官方并未公布该航天器的具体型号和技术参数，甚至没有任何一张图片。
而《南华早报》等媒体猜测联想的形态类似于美"X-37B"空天飞机。
X37B自2010年首飞以来，已先后执行了6次太空机密任务，单次在轨时间最长达908天。
部分媒体普遍猜测，中国此次发射的神秘飞行器，很可能就是类似"X-37B"的新一代空天飞机。
比如《环球时报》的消息中引用俄罗斯媒体相关猜测称，
事实上，围绕这架"黑科技"的各种猜测早已甚嚣尘上。
总结来说，有人认为它可能是新一代载人飞船的试验样机，为我国空间站任务探路；
也有人提出这是一款太空无人侦察机，将大幅提升我国在太空感知和打击领域的能力；
还有分析指出，这极有可能就是传说中的空天飞机，代表了我国在高超声速和再入返回技术上的重大突破......
而《人民网》的早期相关界面内容已全部无法打开：
无论最终答案如何，有一点已成共识：我国正以惊人的速度迈进可重复使用航天器俱乐部。
可重复使用飞行器的出现，意味着太空往返将变得愈加高频和廉价，这对推动人类太空事业和商业航天发展具有里程碑意义。
同一天的大戏，欧空局在轨金属3D打印开启太空制造新时代
在中国发布航天器着陆消息的同一天，欧洲航天局也不甘示弱地公布了一项新突破：该局与空客公司合作研制的金属3D打印机"Metal3D"，在国际空间站内完成了人类首次太空金属零件打印。
此举标志着人类太空制造技术又向前跨出了关键一步。
据悉，这是一台专为失重环境优化设计的增材制造系统，采用了激光送丝直接沉积工艺。
该金属 3D 打印机由空中客车防务与航天公司、AddUp、克兰菲尔德大学和 Highftech Engineering 组成的联合体开发。
“在 3D 打印的所有参数中，最需要注意的是层高是否正确。在发送校准命令以调整下一层的高度之前，需要测量高度。而且要打印的层数超过 200 层。这是一项细致的工作，我们每天都会通过扫描每一层打印件以及来自有效载荷的所有数据来学习。这帮助我们不断适应，“
Anthony Lecossais说。
到 7 月中旬，打印了 55 层后，第一批样品的一半已经打印完成，标志着“巡航阶段”的开始，在此期间，得益于地面和国际空间站上的优化资源，打印速度加快。例如，经过噪音需求分析后，打印时间从每天 3.5 小时增加到 4.5 小时。
金属 3D 打印机安装在一个密封的盒子里，这个盒子就像一个保险箱，可以在极低的氧气水平下保持打印机内部的适当气氛，确保机上安全。在打印阶段，这个盒子里的氧气被氮气取代，以保护国际空间站及其机组人员免受使用高功率激光使金属熔点超过 1,200°C 所带来的风险。用氮气代替氧气也可以防止金属氧化。
最后一步是将打印机内部的空气恢复正常，以便在不减压的情况下打开密封盒。8 月 21 日，宇航员 Sunita Williams 和 Jeanette Epps 从金属 3D 打印机中取出了第一个样品。
核心技术参数
可运动打印平台
送丝平台
气体循环和过滤系统
密封系统
打印机尺寸：800*700*400mm
打印件尺寸（疑似构建尺寸）：90*50mm（直径）
打印材料：不锈钢丝材
关于这台金属3D打印机，空客航天装配首席工程师Gwenaëlle Aridon表示：
“金属3D打印机将带来新的在轨制造能力，包括生产比塑料更具弹性的承重结构部件的可能性。宇航员将能够直接制造扳手等工具或可以将多个部件连接在一起的安装接口。3D打印的灵活性和快速可用性将大大提高宇航员的自主性。”
空客金属 3D 打印机系统工程师Sébastien Girault表示：
“这项技术演示的第一个挑战是尺寸。在地球上，目前的金属 3D 打印机安装在至少 10 平方米的实验室中， ”他补充说，“为了为国际空间站创建原型，我们必须将打印机缩小到洗衣机的大小”，并且“在这个尺寸下，我们可以打印体积为 9 厘米高和 5 厘米宽的部件， ”
根据计划，欧空局宇航员将利用该设备制造4个样件并带回地球，分别用于材料性能测试、登月舱结构验证等用途。
后续，该团队还将针对微重力效应、真空环境、粉尘污染等太空3D打印面临的特殊挑战，在装备、材料、工艺等方面持续创新，力争让这一技术早日步入实用阶段。
太空在轨制造的意义
根据AM易道的认知，这次ESA在微重力条件下成功打印出金属部件属于公开信息的人类首次。
金属增材制造登上太空舞台，意义重大。未来，随着相关技术的成熟，在轨3D打印或将成为登月、探火等深空探测任务的标配。
让宇航员们摆脱地面补给的制约，真正实现自给自足。
与此同时，极端环境下催生的新材料、新工艺也有望反哺地面制造业，带来新的增长点。
可以预见，太空制造必将成为未来全球增材制造业最富想象力的蓝海赛道。
群雄逐鹿，太空制造成航天竞赛新战场
纵览全球，伴随着新一轮太空竞赛的加剧，越来越多的国家和企业将目光投向了太空制造。
美国航天局(NASA)早在2014年就将聚合物3D打印机送上国际空间站，开启了人类太空制造的先河。
2022年，美国Redwire公司与NASA合作，在"天鹅座"飞船上首次实现了陶瓷材料的太空3D打印。
种种迹象表明，美国正在全力抢占新一代太空制造技术制高点。
此次滞留在太空的宇航员也出现了与在轨3D打印零件同框的场景：
延伸阅读：波音飞船返回地球，SpaceX回收爆炸，美航天员滞留事件悬念丛生与此同时，欧洲也在多管齐下布局太空制造。除了此次"Metal3D"的试验，2022年，该局启动了"IMPERIAL"计划，旨在利用月球和火星上的原位资源，探索空间资源利用与3D打印的结合。
我国的公开信息（新华社）的3D打印技术成果也极具特色：自主研制的“太空3D打印机”成功完成了首次太空微重力3D打印试验。该项目涉及制造一组连续碳纤维增强复合材料试验样品，并用于验证研究人员对材料挤出打印过程的自动化控制。
对于全球3D打印企业来说，太空制造蕴藏着难得的发展机遇：
回望过去十年，商业航天的崛起给全球增材制造业带来了新的增长动力。
一大批初创公司如雨后春笋般涌现，依托3D打印重塑航天器设计流程，大幅降低了卫星、火箭等产品的研制成本。
从电推、燃烧室到整流罩，从光学镜筒、星载天线到卫星平台，3D打印部件在航天系统中的应用范围和渗透率不断扩大。
这一趋势进一步带动了宇航级别增材制造装备的创新，以及航天专用材料的开发和认证。
相关的机遇是显而易见的，AM易道认为：
一是市场空间广阔。据摩根士丹利预测，到2040年商业航天经济规模有望超过1万亿美元。
随着登月、探火等深空任务的推进，以及星座组网、太空旅游等商业项目的开展，未来对太空3D打印设备、耗材的需求将持续旺盛。率先布局的企业将在这个朝阳产业中赢得先机。
二是溢出效应明显。微重力环境对3D打印装备的小型化、智能化、模块化等提出了更高要求，这将倒逼厂商在硬件架构、软件算法、系统集成等方面加大创新。
而太空应用催生的拓扑优化、仿生设计等黑科技，也有望率先在航空、核能、赛车等地面高端制造领域实现商业化，成为企业开拓新赛道的利器。
品牌效应也很重要。
能否入选知名航天机构的供应商名录，将成为衡量3D打印企业硬实力的重要标准。一旦飞上九天，品牌号召力和市场竞争力必将大幅提升。
写在最后
回溯人类航天史，从首飞成功到登月，再到空间站的建成，每一次跨越都离不开制造技术的革新。
如今3D打印正与新一代航天器携手，助推人类太空事业迈上新台阶。
对于千千万万的增材制造从业者而言，我们更应砥砺前行。
无论是材料、工艺、装备，还是软件、检测、应用，每一次创新都将是通往星辰大海的一块垫脚石。
唯有不断突破自我，才能乘风破浪、扬帆远航。
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