打破规则：波多黎各研究人员与 NASA 合作创造太空 3D 打印材料 – 3D打印行业资讯网

在使深空任务自给自足的竞赛中，轨道上的 3D 打印工具还不够。化学工程师兼研究员乌巴尔多·科尔多巴 (Ubaldo Cordoba) 的愿景更加大胆：创造能够 适应 辐射、极端温度和严酷的太空真空。在波多黎各马亚圭斯大学，科尔多瓦的团队在美国宇航局的支持下，正在制备聚合物，这种聚合物可以改变宇航员建造和修复从宇宙飞船部件到太空栖息地等各种物品的方式。

Cordova 领导的项目正在探索柔软、灵活、可重新配置的材料，宇航员可以用这些材料打印月球、火星甚至国际空间站 (ISS) 上的基本工具和组件。得益于 NASA 桥梁计划种子资助计划提供的 30 万美元资金，该计划旨在通过与 NASA 中心建立合作伙伴关系来支持资源有限的机构，Cordova 的研究解决了太空探索的主要挑战之一：持续从地球进行补给任务的需求。

太空 3D 打印的概念并不新鲜，但 Cordova 和他的团队正在更进一步，开发能够适应恶劣太空环境和机械应力的材料。

在接受 3D打印行业资讯网 采访时，Cordova 解释说：“这些材料设计灵活、用途广泛，使宇航员能够打印满足其环境特定要求的物体。这个想法是创造一种可以改变其空间属性的材料。这不仅仅是打印一个物体，还在于能够根据需要改变其特性。”

这些材料的关键特征之一是它们能够在微重力条件下保持稳定。专家解释说，在地球上，液体中的颗粒在重力的影响下往往会沉降。然而，在重力最小的太空中，颗粒保持悬浮状态，从而可以打印出更稳定、更耐用的 3D 打印物体。这对于计划前往月球或火星等长期任务至关重要，宇航员将不得不依靠当地材料和 3D 打印来制造工具、修理设备甚至建造结构。

Cordova 团队正在开发的材料主要是聚合物、多功能材料，其中包括可以模制成不同形状的柔性塑料。然而，新颖之处在于将纳米粒子引入到这些具有亲水（吸水）和疏水（拒水）表面的聚合物中。这种独特的组合使材料能够以标准聚合物无法做到的方式发挥作用，从而创造出具有新特性的工具。

此外，可以通过施加磁场等外力来进一步操纵这些纳米颗粒，使颗粒组织成链或簇。这意味着材料可以具有可根据应用进行调整的特性，例如导电性或磁敏感性。

“通过将这些胶体颗粒嵌入聚合物基质中，我们可以制造出具有改进特性的工具，例如增加强度甚至导电性，”Cordova 解释道。 “这些改进的材料可用于打印从电缆到能够承受太空极端条件的复杂机械零件的任何东西。”

此外，这些材料可以解决宇航员经常面临的问题，因为工具和设备由于暴露在伽马射线或灰尘等太空条件下而需要频繁更换。例如，美国宇航局经常要求更换某些部件，例如控制面板部分。使用 Cordova 的适应性材料，宇航员将能够按需打印此类组件，从而减少对地球材料的需求。这在需要立即维修以确保船员安全的紧急情况下尤其重要。

从长远来看，在其他行星上打印零件甚至整个结构的能力可能会改变太空探索的游戏规则，降低从地球发送大量设备的成本和复杂性。

Cordova 对利用月球或火星当地资源进行 3D 打印的可能性特别感兴趣：“目前正在进行大量研究，利用月球或火星土壤作为 3D 打印材料。我们的想法是将现场可用的土壤或风化层与我们的聚合物基质混合，创造出一种可用于现场制造结构或工具的材料。这种方法可以使太空任务更加可持续，因为宇航员可以利用他们正在探索的星球上的可用资源来生产他们需要的东西。”

虽然该项目仍处于早期阶段，大部分工作都是在地球上完成的，但该团队希望最终在太空中测试他们的材料。科尔多瓦说，目标是将这些材料发送到国际空间站进行测试。他的团队已经与美国宇航局密切合作以实现这一目标。然而，它首先需要完成更多步骤，包括在美国宇航局俄亥俄州格伦研究中心进行广泛的测试。该团队还考虑在模拟太空微重力的抛物线飞行中测试这些材料。

除了波多黎各大学的研究之外，科尔多瓦还与普渡大学合作开发和进一步测试这些材料。

“我是一名理论家，所以我的角色是领导实验工作。但我们在普渡大学有一支优秀的团队来合成和测试材料，”专家指出。

美国宇航局的资金有助于推动该项目的进展，涵盖原型设计和材料测试的成本。事实上，科尔多瓦从 NASA 获得的 30 万美元赠款将支持他未来两年的工作，使他能够购买材料并雇用三名研究生和一名本科生。其中一名研究生将在普渡大学工作，其余的将在波多黎各工作，还有一些将前往普渡大学和格伦研究中心进行测试和合作。

该项目是美国宇航局开发长期太空探索所需技术的更大努力的一部分。随着 2020 年代末的月球任务和 2030 年代的火星任务日益成为现实，在太空生产工具、设备甚至食物的能力将变得至关重要：“太空制造的未来令人兴奋。我们谈论的不仅仅是打印工具，我们正在考虑打印宇航员在长期任务中需要的食物、衣服和其他必需品。”Cordova 说道。

对于未来，科尔多瓦认为前方有许多挑战，但他很乐观。 “关于材料在太空中的表现，我们还有很多东西需要了解。但由于人工智能的进步和数十年的材料科学研究，我认为我们正走在正确的轨道上。太空制造的未来是光明的，我很高兴能成为其中的一部分。”

展望未来，Cordova 还指出需要新的 3D 打印技术来满足太空的独特需求。虽然当前的 3D 打印机非常高效，但他表示，未来将需要能够处理他的团队正在开发的适应性材料的打印机。太空制造技术的发展将是使未来任务更加自给自足和可持续的关键。

科尔多瓦还热衷于这个项目可能对波多黎各当地社区产生的影响，那里的太空经济正在开始增长。他说，岛上对航天工业的兴趣日益浓厚，投资航天领域的公司比以往任何时候都多。通过让研究生参与这个项目，科尔多瓦看到了为太空探索以及波多黎各科学和经济发展做出贡献的机会。对他来说，这是为了回馈该岛并帮助波多黎各成为全球太空经济中的后起之秀。