摆脱地球补给！中美同步突破太空3D打印，深空探测迎来变革？

来自奥本大学和美国宇航局马歇尔太空飞行中心的研究团队成功验证了一种新型增材制造工艺，借助该工艺，宇航员有望直接在太空中制造电子元件。相关研究成果发表于《npj Advanced Manufacturing》期刊上，试验证实：在微重力环境下，无需油墨的干式打印技术即可制备导电银、铜电路结构。研究人员表示，这项成果有望助力在未来太空任务中实现按需电子制造。

美国团队：干式增材制造破解太空电子制造难题

宇航员现已能在太空使用3D打印机制作工具与替换零部件，但电子器件的制造难度截然不同。目前多数研发中的制造方案都依赖液态原料，这类材料在失重环境下操作难度极大，也难以适配太空作业场景。为解决上述难题，研究人员研发出一套干式增材纳米制造平台，团队将其简称为Dry-ANM。

该设备不依靠油墨进行打印，而是先生成微细金属颗粒（纳米颗粒），将其沉积在基材表面，再通过烧结工艺使颗粒熔合，最终形成导电线路结构。整套工艺采用电子领域应用最广泛的两种金属材料——银与铜。

这台设备体积十分小巧，边长约60厘米，大小近似小型家用电器；设备集成了颗粒生成、打印、烧结三大功能于一体。对于存储空间极其有限的未来太空任务而言，一体化集成设计是一大核心优势。

与多数传统3D打印设备不同，该平台可在加工过程中现场生成金属纳米颗粒，无需预先制备油墨或金属粉末。这项技术专门针对液态制造系统存在的各类痛点进行优化，因此在太空场景中具备极高的应用价值。

研究团队借助为期两天的抛物线飞行开展了该项技术测试，这类飞行能够制造出短时失重环境。试验共进行50次独立微重力模拟工况，每次持续约25秒；研究人员在微重力条件下成功制备出金属导电结构，并完整观测了整套成型流程。团队利用这套设备制作出银、铜导电构件，其中包含天线以及其他各类导电线路图案。

此次飞行试验是美国国家航空航天局资助专项项目的一环，奥本大学研究人员已于去年对外公布该项目。本月刊发的这篇论文，首次完整详细地阐述了该设备在微重力环境下的实际工作表现。

本次研究的一项核心发现是：金属颗粒在微重力环境下的运动特性与地面条件截然不同。即便如此，研究团队仍通过调整工艺参数，在试验中持续制备出具备实用功能的金属导电构件。论文指出，研究人员相信经过进一步优化改良后，该技术的性能还能得到大幅提升。

研究人员还提到，这套制造平台此前已适配多种其他材料，包括氧化锌、氧化铟锡以及绝缘介电材料，这意味着该技术未来有望制造结构更为复杂的电子系统。这项研究的价值不止于实现太空电子器件打印，更深远的意义在于：该技术未来能让航天员按需定制各类传感器、维修故障设备、即时生产电子备用零部件。未来太空任务无需携带海量备件库存，需要什么就能现场制造什么。

研究人员表示，该技术对环地轨道以外的深空探测任务意义重大。以火星探测任务为例，往返行程长达数月，补给备件运送难度极大。一旦设备发生故障，航天员无需等待地球运送物资，可直接就地打印替换零件。

这并非3D打印电子器件首次应用于太空研究领域。此前已有研究人员将3D打印电子元器件送入太空开展测试，多个科研团队也一直在探索在轨制造电子设备的技术方案。但在微重力环境下制备这类器件所需的原材料，始终是一大难题。

为攻克这一痛点，该研究团队将研究重心放在制造工艺本身。多次短时失重环境下的实验证明，该工艺能够稳定制备金属导电结构。市面上多数电子打印系统都依赖液态原料，而这套由奥本大学研发的平台采用全干式加工流程，消除了太空制造中的一大技术障碍。这类可供航天员现场按需制造电子元器件的技术，能够为各类设备提供保障，小到传感器、通信硬件，大到航天器核心关键系统。

归根结底，就地生产所需电子元器件、而非从地球发射所有备用零件，一直是太空在轨制造的长期核心目标之一。

中国进展：首次太空金属3D打印完成工程验证

关于太空3D打印值得一提的是，我国在今年1月份中国科学院力学研究所宣布，其自主研制的微重力激光增材制造返回式科学实验载荷，成功完成我国首次太空金属3D打印实验。

该载荷搭载中科宇航“力鸿一号”遥一飞行器进入亚轨道，在真实微重力环境下首次实现激光熔丝金属增材制造，并在任务结束后安全回收。此次任务是我国首次基于火箭平台实施的太空金属增材制造返回式科学实验，标志着我国太空金属3D打印从“地面研究”正式迈入“太空工程验证”阶段。

据了解，此次我国完成的太空金属3D打印任务中，团队系统验证了微重力条件下金属材料的稳定输运、成形控制与全过程闭环调控能力，并成功获取了熔池动态、凝固行为、成形精度及力学性能等关键数据，为后续工艺优化与工程化应用奠定基础。

与美国的干式电子制造工艺不同，我国的微重力激光增材制造技术聚焦于金属结构件的在轨制造，二者分别覆盖了太空制造中电子元器件和结构部件两大核心需求。当前我国技术已进入太空工程验证阶段，后续将围绕工艺参数优化、材料适配性拓展等方向开展进一步研究，为未来空间站运营、深空探测任务的在轨维修与备件制造提供技术支撑。

技术意义：推动太空在轨制造走向实用化

无论是美国的干式电子制造平台，还是中国的激光熔丝金属3D打印技术，核心目标都是解决太空任务中备件运输成本高、补给周期长、故障响应慢的痛点。

随着两项技术分别完成微重力环境下的验证，太空在轨制造正从概念探索走向实际应用，未来将逐步支撑起环地轨道空间站、月球科研站、火星探测等长期太空任务的运维需求，降低对地球补给的依赖，提升太空任务的自主性与可持续性。