近日，據(jù)美國宇航局（NASA）稱，阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校（UAB）的生物物理科學(xué)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(shí)驗(yàn)的運(yùn)輸與處理。

據(jù)CBSE的機(jī)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(jì)和制造蛋白質(zhì)園（protein grove）的儲(chǔ)存和溫度控制單元。慢慢地，我們進(jìn)一步發(fā)展為制造孵化器和溫度可低至-20ºC的冰柜。當(dāng)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(dá)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(jìn)行運(yùn)輸。

Polar的主要功能是運(yùn)輸和并同時(shí)在國際空間站期間為種類廣泛的科學(xué)樣品提供value="80" unitname="℃">-80℃冷凍和儲(chǔ)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(gè)在用的Polar冰柜，里面有14個(gè)未來可用的儲(chǔ)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(xué)家們轉(zhuǎn)向了3D打印。

開發(fā)團(tuán)隊(duì)在使用熱成型和PEEK機(jī)加工等方式進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(gè)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(tái)足夠大的3D打印機(jī)我們可以把整個(gè)內(nèi)殼作為一個(gè)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_(dá)到這一步我們中間經(jīng)歷了很多，比如學(xué)習(xí)如何針對3D打印進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(tuán)隊(duì)使用了超強(qiáng)、阻燃和耐化學(xué)腐蝕的ULTEM 9085材料，這是由沙特SABIC集團(tuán)開發(fā)的、主要用在高性能Stratasys Fortus 3D打印機(jī)上的強(qiáng)大聚合物。它的熔融溫度遠(yuǎn)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(gè)結(jié)構(gòu)性的關(guān)鍵裝置，我們只進(jìn)行了最低限度的檢測。”Sealy說，“但是在抵達(dá)空間站的旅程中，它必須能夠經(jīng)受得住火箭的震動(dòng)。”Sealy和他的團(tuán)隊(duì)就對ULTEM 9085材料進(jìn)行了3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、冷凍它，并模擬它可能會(huì)經(jīng)受到的應(yīng)力。“我們讓它從一定的高度降落、彎曲它，看它是否會(huì)碎裂或折斷。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)樣品制造出來后 ，我們模擬火箭發(fā)射時(shí)的情形對它進(jìn)行了振動(dòng)測試，以驗(yàn)證ULTEM 9085材料和整個(gè)設(shè)計(jì)是否會(huì)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(xué)樣品大部分是一些生物材料，比如血液、尿液，以及組織細(xì)胞等?？茖W(xué)家們主要通過它們來觀測在空間站上隨著時(shí)間的推移，零重力對于人體細(xì)胞的影響。同時(shí)在一些其它實(shí)驗(yàn)上也會(huì)用到這些生物材料。

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