近日，據(jù)美國宇航局（NASA）稱，阿拉巴馬大學伯明翰分校（UAB）的生物物理科學與工程中心（CBSE）利用3D打印技術(shù)制造出定制的冰箱部件，以方便與國際空間站（ISS）合作實驗的運輸與處理。

據(jù)CBSE的機械工程師Daniel Sealy稱，CBSE開始只是作為一家“生物蛋白質(zhì)晶體生長工程單位”。“后來我們逐漸參與設(shè)計和制造蛋白質(zhì)園（protein grove）的儲存和溫度控制單元。慢慢地，我們進一步發(fā)展為制造孵化器和溫度可低至-20ºC的冰柜。當前最新的Polar冰柜最低溫度有value="95" unitname="℃">-95℃，而我們下一步要推出的Glacier冰柜最低能夠達到value="160" unitname="℃">-160℃。”

這里說的Polar是CBSE為NASA乘員與熱系統(tǒng)分部（CTSD）開發(fā)的單門value="80" unitname="℃">-80℃冰柜。它能夠在多種航天器中使用，其中包括SpaceX公司的龍飛船太空倉、天鵝座（Cygnus）飛船加壓貨物模組和國際空間站（ISS）的快速后勤倉（EXPRESS）。此外它還能搭載HTV飛船或者ATV飛船進行運輸。

Polar的主要功能是運輸和并同時在國際空間站期間為種類廣泛的科學樣品提供value="80" unitname="℃">-80℃冷凍和儲存支持。它的首次飛行發(fā)生今年的一月份，是搭載SpaceX公司的CRS-5龍飛船。目前國際空間站上有三個在用的Polar冰柜，里面有14個未來可用的儲藏單位。眾所周知，國際空間站上的空間是有限的，為了優(yōu)化其內(nèi)部貯存能量和外部尺寸，簡單地說，就是讓冰柜的整體尺寸盡可能地小而內(nèi)部的貯存空間盡可能地大，來自UAB CBSE的工程師和科學家們轉(zhuǎn)向了3D打印。

開發(fā)團隊在使用熱成型和PEEK機加工等方式進行了幾次失敗的嘗試之后，開始討論把3D打印作為可能的解決方案。在此之前，該團隊已經(jīng)在使用Stratasys公司的工業(yè)級熔融沉積成型（FDM）3D打印技術(shù)來制造管道。“我們討論了使用3D打印技術(shù)制造內(nèi)殼是否可行。”Sealy解釋說，“起初，我們想繼續(xù)類似熱成型的做法，即多個部件分別打印之后再接合在一起。但經(jīng)過研究之后，我們意識到如果有一臺足夠大的3D打印機我們可以把整個內(nèi)殼作為一個單一的整體一次打印出來。這就是我們現(xiàn)在的情況?？蔀榱诉_到這一步我們中間經(jīng)歷了很多，比如學習如何針對3D打印進行設(shè)計、什么類型的幾何外形效果最好等等。但最終的效果非常好。”

Sealy和他的團隊使用了超強、阻燃和耐化學腐蝕的ULTEM 9085材料，這是由沙特SABIC集團開發(fā)的、主要用在高性能Stratasys Fortus 3D打印機上的強大聚合物。它的熔融溫度遠高于value="300" unitname="℃">300℃，而且能夠在極端寒冷的環(huán)境中使用。

“由于它并不是一個結(jié)構(gòu)性的關(guān)鍵裝置，我們只進行了最低限度的檢測。”Sealy說，“但是在抵達空間站的旅程中，它必須能夠經(jīng)受得住火箭的震動。”Sealy和他的團隊就對ULTEM 9085材料進行了3點彎曲試驗、冷凍它，并模擬它可能會經(jīng)受到的應力。“我們讓它從一定的高度降落、彎曲它，看它是否會碎裂或折斷。當?shù)谝慌_樣品制造出來后 ，我們模擬火箭發(fā)射時的情形對它進行了振動測試，以驗證ULTEM 9085材料和整個設(shè)計是否會有問題。測試的結(jié)果很好，沒有任何問題。”

Polar冰柜將容納的科學樣品大部分是一些生物材料，比如血液、尿液，以及組織細胞等?？茖W家們主要通過它們來觀測在空間站上隨著時間的推移，零重力對于人體細胞的影響。同時在一些其它實驗上也會用到這些生物材料。

CBSE下一個為太空站開發(fā)的冰柜是Glacier，它的可用溫度會更低（value="160" unitname="℃">-160℃）。這將需要對ULTEM材料的耐低溫性進行進一步的測試，但毫無疑問，3D打印肯定也會派上用場。