2011 年，Made In Space创造了第一台微重力3D打印机；听起来像科幻小说的东西突然变成了现实。从那时起，至少有15台实验性3D打印机在全球零重力飞行中进行了测试。在公司、学术机构和航天机构的支持下，这种类型的3D打印研究取得了成功，从2011年至2018年间偶尔测试的几台打印机发展到2022 年的六台。

回顾2011年，我们可能会记得它是航天工业转型的一年，主要是因为它是NASA航天飞机计划结束的开始，该计划于当年7月完成最后一次飞行。随着预算的削减，NASA很快就会转向私营企业来满足其许多空间需求。一家公司尤其热衷于留下自己的印记。今天被称为国际空间站(ISS)制造3D打印机的公司，Made In Space来自奇点大学，旨在填补太空制造的空白。

从本质上讲，Made In Space的创始人相信3D打印和太空制造将“极大地改变我们今天看待太空探索、商业化和任务设计的方式”。

Made In Space 在抛物线飞行中测试 3D 打印机，图片由太空制造/Redwire 提供。

像Made In Space（现在是 Redwire 的一部分）一样，其他公司也决定在抛物线飞行中测试他们的3D打印技术。例如，2016年，工程公司和美国宇航局的常规承包商Techshot（也被 Redwire 收购）与制造商nScrypt合作创建了第一台微重力生物打印机，并在零重力公司驾驶的飞机上进行了测试，该公司从美国机场运营失重航班。

这架飞机在墨西哥湾上空 30,000英尺（约9,144米）的高度飞行，模拟失重状态，同时生物打印机使用人类干细胞创造心脏和血管结构。与Made In Space一样，Techshot和nScrypt后来将生物打印机送到了国际空间站美国国家实验室，宇航员在那里使用它来制造人类膝关节软骨测试打印件和其他人体组织。

太空制造史

太空制造的想法长期以来一直提出几个明显的挑战，主要是“重力”问题、质量控制和原材料采购。然而，一旦到位，就地制造有可能放松对地球资源补给的依赖，使在太空中的生存更容易一些。

几十年来，太空制造一直被作为一种在轨道上生产零部件的方法进行研究，否则这些零部件几乎不可能立即获得或根本无法获得。在1960年代后期，作为太空制造研究的一部分，苏联宇航员在太空进行了首次焊接实验。在接下来的十年里，美国开始在NASA发射的第一个空间站Skylab进行太空制造试验。

但通往太空制造的大门在于对抛物线飞行的研究，这种飞行可以在地球上的飞机上重现无重力条件。通过交替向上和向下的弧线，它们为科学家提供了必要的微重力环境，让他们无需实际前往太空就可以进行研究。这种模拟失重可能始于 1960 年代美国军用飞机上的第一个飞行空间实验室。尽管如此，它已经扩大到合并了几家私营企业，比如美国的Zero-G公司和法国的Novespace。

抛物线飞行：在轨3D打印的小试牛刀

借助更多选项来重现独特的太空失重状态，我们见证了一系列已在抛物线飞行中成功测试的打印机。例如，2016 年底，伯明翰大学先进材料和加工实验室 (AMP Lab) 的 Luke Carter 在三个独立的抛物线飞行中演示了微重力下的金属 3D 打印。通过创建类似于定向能量沉积 (DED) 的打印工艺，并使用铝线作为原料，卡特和他的团队制造了一个近净形状的零件。

然后在 2017 年，由国家研究委员会和加拿大航天局支持的加拿大减重实验设计挑战赛 (CAN-RGX) 选择了两个团队在抛物线飞行中测试他们的 3D 打印实验。来自多伦多大学的 AVAIL 团队（分析液体中的粘度和惯性）建立了一个系统，该系统控制粘性液体（在本例中为玉米糖浆）通过 15 个不同喷嘴的流动，iSSELab 团队（界面科学和表面工程实验室）来自阿尔伯塔大学的 3D 打印材料在减少重力的环境中收集数据。

Space Foundry 在零重力试飞期间打印。 图片由 Space Foundry 提供

次年，一架欧洲抛物线飞行器在新西兰搭载中国科学院空间利用技术与工程中心（CAS）的科学家，在微重力环境下测试了第一台陶瓷 DLP 3D 打印机。在这次成功的活动之后，NASA 选择了副教授 Gregory Whiting 和他的研究小组来测试和模拟 3D 打印功能材料如何在月球引力下工作。怀廷的研究小组，博尔德实验电子和制造实验室，准备在 2021 年进行两次抛物线飞行。

大约在那个时候，慕尼黑应用科技大学的工程系学生建造了一台带有挤出机的 3D 打印机，用于分配一种液体光聚合物，该液体光聚合物在欧洲航天局 (ESA) 的第 74 次抛物线飞行活动中从德国帕德博恩-利普施塔特机场起飞。

2022 年一些令人难忘的零重力 3D 打印实验包括 Space Foundry 对天基电子打印的测试，该测试由 NASA 的飞行机会和小型企业创新研究 (SBIR) 计划提供支持。此外，加州大学伯克利分校的研究团队在 5 月 10 日测试了基于光的 3D 打印机“复制器”，打印了 100 多个物体。此外，一家德国财团测试了其获得专利的 3D 打印工艺，并首次使用金属粉末在零重力下进行 3D 打印。

这只是对地球上可能发生的事情的一种体验，这要归功于无重力飞行。在过去几年中进行的这些和其他实验可以在下面找到。