3D列印走進太空
不久前在國際空間站，俄羅斯宇航員利用3D列印技術製造出了老鼠甲狀腺，這是人類首次在太空列印生物器官。
在太空工作生活並不容易，經常出現物資匱乏情況。依賴地球“補給”制約著人類向深空探索。2014年，美國向國際空間站運送了世界首臺太空3D印表機，先後打印出一系列太空專用零部件，揭開了人類“太空製造”“自給自足”的序幕。
一般來說，當國際空間站內缺少某種工具或部件時，宇航員們就得花上數週甚至數月等待地面送來物資補給。有了太空3D印表機，技術人員在地球上設定出物品的製造程式，然後用電子郵件傳送至國際空間站，整個過程耗時不到一週，而實際列印時間只有約4小時。
除了時間成本，太空3D列印所節約的運輸成本同樣可觀。空間站、基地或複雜航天器的系統由許多部分組成。儘管在建造時就力求可靠，但仍然面臨著零件損壞、系統升級等問題。如果攜帶大量預製零件進入太空，就會大大增加高昂的發射費用。如採用太空3D列印技術，只需將原材料和輕型印表機帶入太空，從而就地製造所需零部件，最大限度減少發射重量並提高工作效率。未來，當人類能夠從其他星球表面開採原材料時，還能在太空建立“零件工廠”，進一步減輕航天器的發射重量，節約空間。
3D列印技術在太空的操作環境與地球大不相同，技術難度也不一。在地球上，依靠重力，3D印表機擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積，一層一層打印出三維物體。而在太空零重力條件下，需要使用以給定速率旋轉的離心機來確保材料沉積到位，或者修改3D列印的過程來使裝置平穩執行。不過，原本基於地球的3D列印技術更容易適應有著微重力環境的月球和火星。
3D列印技術的“升空”還面臨著人手不足的問題。在缺少太空人員甚至無人監督的情況下，製作、提取、運送、安裝等整個列印過程，都需要藉助高度自動化甚至全自動化的 機器人 (300024 , 診股 )來完成系統操作和協調工作。要想實現“太空製造”，機器人自動化技術必不可少，這一技術甚至比在零重力下進行3D列印更復雜，難度係數更高。只有擁有更加智慧的機器人，加上外星球“就地取材”技術的突破，人類才有可能通過機器人流水線在太空完成原材料收集、零件裝配，甚至是月球或火星基地建造工作。
3D列印能設計出高精度的複雜幾何模型，其製造過程一度令人歎為觀止。然而，與傳統制造業相比，材料需特製、量產成本高等限制因素使它看起來似乎有些“華而不實”，與普通人的日常生活還相去甚遠。不過，在航空航天、軍事、臨床醫學等尖端領域，3D列印可以在短時間內生產出高度個性化的部件和模型，令 高階製造 如虎添翼，人們對太空3D列印技術的前景充滿期待。
（作者為美國密歇根州立大學 航天工程 (603698 , 診股 )學教授，本報記者尚凱元採訪整理）
《 人民日報 》（ 2019年02月20日 17 版）