经过亚轨道测试的伯克利 3D 打印机可能会改变太空探索的游戏规则 – 3D打印行业资讯网

在未来的深空任务中，距离地球数百万英里的航天器上的破裂部件可能会导致灾难。但加州大学伯克利分校的一组研究人员已经在努力改变这一现状。 2024 年 6 月 8 日，他们的尖端 3D 打印机 SpaceCAL 搭乘维珍银河的 Mission 07 进行了一次短暂但具有开创性的太空之旅。在短短 140 秒的亚轨道飞行中，打印机成功创建了测试零件，展示了太空按需制造的潜力。这种能力对于远远超出我们当前能力的未来任务至关重要。

该项目由伯克利机械工程系研究生兼研究员泰勒·瓦德尔（Taylor Waddell）领导。 Waddell 拥有令人印象深刻的背景，包括在 NASA 肯尼迪航天中心担任 Pathways 工程师，负责各种尖端项目，从为 NASA 太空发射系统 (SLS) 火箭设计硬件到开发虚拟现实 (VR)工程应用工具。

在伯克利，Waddell 在 Hayden Taylor 教授的指导下领导 SpaceCAL 项目，Hayden Taylor 因其在计算机辅助轴向光刻 (CAL)（一种革命性的 3D 打印工艺）方面的开创性工作而闻名。​​他们正在共同突破太空制造的界限，旨在使关键零件和医疗用品的按需打印成为未来深空任务的现实。

SpaceCAL 之旅是航天制造不断发展的一部分。虽然太空 3D 打印并不新鲜——国际空间站 (ISS) 上已经有打印机——但 Waddell 和他在伯克利的团队希望更进一步。他们正在努力改进 SpaceCAL，这是一项下一代技术，旨在通过扩大可在太空打印的材料和物体的范围来进一步减少对地球的依赖。潜在的应用非常广泛，从制造关键的航天器部件到宇航员的医疗用品。

在乘坐维珍宇宙飞船 (VSS) Unity（维珍银河用于商业太空旅游和科学探索的 SpaceShipTwo 舰队的一部分）进入亚轨道空间的短短 140 秒旅程中，SpaceCAL 自主打印并后处理了四个测试部件。其中包括航天飞机的微型模型和广受欢迎的 3D 打印标准 Benchy 或 3DBenchy 雕像，这是一种小型、高度详细的模型。这些印刷品使用的材料是 PEGDA，这是一种液态塑料，在光引发剂存在下暴露在光线下会硬化。

“在过去的抛物线飞行测试中，SpaceCAL 在微重力环境下表现良好，但仍有一些事情需要证明。这项最新的任务由 NASA 的飞行机会计划资助，并得到伯克利工程公司和伯克利航天中心的支持，使我们能够确认这种 3D 打印技术已经为太空旅行做好了准备。”Waddell 说道。 “我们希望有一天它可以用来制造各种东西，从航天器的零件和工具到船员的新型隐形眼镜和牙冠。”

此次任务的成功是该项目的一个重要里程碑，因为在真实太空条件下的测试证实了打印机已准备好执行更雄心勃勃的任务。

SpaceCAL 背后的技术是 CAL，由伯克利和劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的研究人员于 2017 年开发。 CAL 利用光将粘性液体形成固体物体，从而可以快速创建具有复杂几何形状的零件。

事实上，CAL 可以在短短 20 秒内打印零件。但 CAL 的与众不同之处不仅在于速度，还在于速度。这也是它在微重力下有效运作的能力。这使其成为太空应用的理想选择。

Waddell 表示：“通过 CAL，我们已经能够证明——首先是在零重力任务中，现在是在这次太空飞行中——我们可以在微重力下打印零件，这在地球上是不可能的。”

迄今为止，CAL 已证明它可以在地球上成功打印 60 多种不同的材料，例如有机硅、玻璃复合材料和生物材料。瓦德尔表示，多功能性对客舱和机组人员都有好处。

“因此，如果您的航天器发生故障，您可以打印 O 形圈或机械紧固件甚至工具。但CAL也可以修理船员。我们可以为宇航员打印假牙、皮肤移植物或镜片，或者个性化的应急用品，这对于这些任务也非常重要，”专家指出。

事实上，LLNL 已经获得了 NASA 的资助，在国际空间站上使用 CAL 技术测试生物打印。这项任务的长期目标是在太空打印人体器官并将其带回地球用于移植。

瓦德尔将该项目的成功归功于许多人的贡献，从海登泰勒纳米制造实验室的同学到确保任务成功的维珍银河工程师。瓦德尔还表示，他的导师泰勒教授给了他探索自己热情的自由，并将该项目朝着他认为最有希望的方向发展。

该项目的实现得益于 NASA 提供的 140 万美元拨款和工程支持。此外，维珍银河在将该项目提升到新水平方面发挥了关键作用。凭借这次成功的任务，Waddell 和他的团队希望与 NASA 密切合作，进一步开发 CAL 技术。

随着太空探索的不断发展，在太空制造零部件和消耗品的能力将变得越来越重要。无论是为宇航员打印牙冠还是为紧急医疗程序打印手术器械，可能性都是无限的，而 SpaceCAL 可能正是适合这项工作的打印机。