3D 列印對於人類的深空探索是否有很大意義？

王明，焊接技工

3D 列印（增材製造）在太空應用確實有很多優勢，有很大的吸引力，如果技術成熟並在太空直接應用，則可以實現就地取材，或將一些垃圾作為原材料，實現循環利用，外太空基地指日可待，太空工業也必將反哺地球，生產出人類在地球生活所需物品，提高人類生活質量。同時可以降低空間探索對地面發射能力的依賴。

想利用 3D 列印實現空間大規模應用，必須實現金屬材料的 3D 列印，太空開展金屬增材製造能極大的拓寬人類探索宇宙的範圍。下面回答一下太空金屬 3D 列印的優勢及問題。

太空開展金屬 3D 列印必須與地面相比其優勢在於：

1、空間站低軌軌道及月球表面真空環境能避免氧化，無需抽真空或採用保護氣體；

2、空間站微重力環境只需要很小的工作台就可以製造很大尺寸的構件；

3、低溫環境有助於細化晶粒(可能帶來其他問題)，提升性能。

太空開展金屬 3D 列印可能存在的問題如下：

1、技術成熟度問題，當前地面上尚存在大量問題，比如尺寸精度、表面粗糙度與內部缺陷等等；

2、空間環境適應性問題。比如微重力環境，選取燒結方法需要鋪粉，粉末在微重力環境中使用可能會存在危險，而熔絲方法的熔滴過渡也存在困難，真空環境則決定了地面一些方法難以實施；

3、物資和能量供應問題，能量依靠空間太陽能電站的發展有望解決，但如果是在空間站開展試驗還是需要地面供應原材料，而外太空基地建設可能沒有直接可用的原材料。

上面講的只是金屬 3D 列印自身的問題，但 3D 列印出來的零件要想在太空直接應用，其難度遠遠超過 3D 列印技術攻關，原因分析如下：

1、當前看金屬增材製造獲得的零件尚需預留一定的餘量，需要加工，相應需要加工設備；

2、金屬增材製造零件的質量評價與檢驗問題。金屬增材製造可以說是焊接技術的延伸，在地面焊接的零件要想在太空應用，需要對焊接試樣開展大量的測試，比如纖維組織觀察、力學性能測試、密封性檢驗等等，大量的焊接工藝試驗、試樣加工設備及測試設備，同時對最終上天的試件需要開展無損檢測，如Ｘ射線探傷、超聲檢驗等等，同時需要評估空間環境下的性能及服役行為，在此基礎上建立了評價標準，即地面質量達到什麼水平才能保證空間服役的壽命及可靠性。而空間加工的零件如果在空間服役，同樣需要這麼一套體系。舉個例子，前蘇聯禮炮空間站加工的 KRT 半導體材料是返回地球經加工成零件並檢驗後又送空間站安裝到熔煉爐的紅外觀測儀上使用的，而不是在空間獲得材料後直接使用的。

因此 3D 列印的空間應用不是簡單的 3D 列印自身，而是需要把地面整套相關的工業體系搬到天上去，建立空間環境下生產零件的測試和服役標準。但這不是說我們當前不去開展空間 3D 列印的研究，正因為有前景有價值又有問題，因此需要努力探索。

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