奧地利工程公司和OEM初創(chuàng)公司Incus已與歐洲航天局（ESA）建立合作伙伴關(guān)系，探索如何處理月球表面可用的廢金屬用于制造月球站3D打印備件。

陶瓷3D打印專家Lithoz和德國航天技術(shù)集團(tuán)（OHB）也將參與這個(gè)為期18個(gè)月的項(xiàng)目。在此期間，合作伙伴將在微重力環(huán)境中共同開發(fā)和測試Incus基于光刻的金屬制造(LMM)3D打印技術(shù)，并評估處理月球表面可用廢金屬以生產(chǎn)高質(zhì)量零件的可行性。

自給自足的備件供應(yīng)能力促使歐空局調(diào)查從生產(chǎn)廢料和報(bào)廢部件中提取的現(xiàn)有月球表面材料的使用和再利用可能性。能夠使用這些資源為月球航天器等制造備件，可以顯著降低來自地球的貨運(yùn)任務(wù)的成本和數(shù)量，同時(shí)最大限度地減少生產(chǎn)浪費(fèi)。

基于LMM工藝的3D打印材料

Incus基于光刻的LMM金屬3D打印工藝，根據(jù)光聚合原理生產(chǎn)高精度零件生坯，其原料為金屬粉末和光敏聚合物的混合體。通過掩模曝光，可以精確快速地成型整個(gè)層面，聚合物粘結(jié)劑選擇性的在局部交聯(lián)，將金屬粉末粘結(jié)在一起；打印完的生坯經(jīng)歷脫脂和燒結(jié)后可以形成致密化的零件。Incus的技術(shù)能夠處理“不可焊接”金屬，粉末顆粒的尺寸可小至20 m。

該工藝所生產(chǎn)的零件具有與金屬注射成型制造的零件相似的材料特性和“出色”的表面質(zhì)量。現(xiàn)在，通過與ESA、Lithoz和OHB的最新合作，將在微重力環(huán)境中探索該工藝生產(chǎn)空間站或月球站備件的使用潛力。

通過LMM工藝生產(chǎn)的3D打印部件

Incus的LMM技術(shù)被選擇用于該項(xiàng)目，因?yàn)樗軌驈幕厥盏慕饘購U料中生產(chǎn)備件。合作伙伴希望這種能力可以潛在地利用月球上可用的廢金屬回收粉末，該項(xiàng)目將測試LMM技術(shù)在太空中的使用能力。

除此之外，LMM工藝使用糊狀物或懸浮液作為原料，不依賴于使用高度球形的氣體霧化粉末或支撐結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，打印的組件不需要復(fù)雜的后處理過程，增加了工藝的易用性。

Lithoz材料開發(fā)主管表示，Incus和Lithoz開發(fā)的光刻技術(shù)允許將高精度3D打印與高性能金屬和陶瓷相結(jié)合，同時(shí)仍然保持極高的資源效率。雖然這些技術(shù)在地球上能夠成功應(yīng)用，但該項(xiàng)目對于填補(bǔ)技術(shù)空白和在太空環(huán)境中實(shí)施增材制造至關(guān)重要。

通過LMM工藝生產(chǎn)的3D打印部件

該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是評估如何通過LMM技術(shù)處理月球表面可用的廢金屬，以在零廢物過程中生產(chǎn)高質(zhì)量零件。在18個(gè)月的時(shí)間里，合作伙伴將探索太空環(huán)境的限制（例如金屬粉末可能被月球塵埃污染）如何影響打印過程。

該項(xiàng)目還將評估雜質(zhì)對燒結(jié)和打印部件最終微觀結(jié)構(gòu)的影響，以確定微重力下LMM工藝的最佳粘結(jié)劑含量和類型。通過這種方式，合作伙伴將尋求在空間中為備件生產(chǎn)開發(fā)可持續(xù)的制造鏈。

OHB系統(tǒng)載人航天系統(tǒng)的相關(guān)人員表示，“通過利用現(xiàn)有的月球表面材料和回收月球基礎(chǔ)廢金屬來減少我們對地球的依賴是保證可持續(xù)定居的唯一解決方案。該項(xiàng)目和LMM工藝便是為此進(jìn)行的探索，并有機(jī)會獲得成功。”

END

近年來，多個(gè)國家航天機(jī)構(gòu)在尋求在月球上建立永久存在時(shí)，增加了對增材制造的興趣。因此，關(guān)于如何利用風(fēng)化層等現(xiàn)場材料制造相關(guān)結(jié)構(gòu)的研究工作已經(jīng)升級。

來自布倫瑞克技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家探索了在零重力下使用月球風(fēng)化層進(jìn)行3D打印的可能性；而美國建筑公司ICON近期獲得了NASA的合同，以開發(fā)太空結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)；俄羅斯航天局已經(jīng)試驗(yàn)了由月球材料制成的3D打印結(jié)構(gòu)；美國宇航局正在進(jìn)行采用月球風(fēng)化層3D打印建筑結(jié)構(gòu)的可行性。

未來，中國也將建立月球永久基地，而此前由嫦娥五號帶回的月壤將成為我國開展相關(guān)3D打印研究的重要基礎(chǔ)。