在更广阔的未来，也许我们可以带着3D打印机去其他星球，甚至使用该星球的土壤作为材料进行3D打印，打印出适合人类居住的“大本营”。

徐鸣

　　今年，一家名为火箭实验室（Rocket Lab）的美国公司已累计把超过100颗卫星送入预定轨道。这家火箭公司的特别之处在于，其大部分火箭发动机是使用3D打印技术打印的。

　　当前，越来越多的航天公司正在使用3D打印技术研制航天产品。3D打印技术其实是“增材制造”的通俗说法。传统的减法制造是从一块材料中雕刻成品，而增材制造，是通过软件与数控系统，将材料逐层堆积固化的制造技术。通常，用3D打印技术加工金属类的产品，其原材料是金属粉末；用3D打印技术加工非金属的产品，原材料是丝材，打印过程类似“结茧”的过程。

　　航天领域应用3D打印技术有什么好处呢？现在，在航天制造包括卫星和火箭等产品的研制方面，传统制造模式面临部件设计结构复杂、工艺流程长、材料成本高等问题，3D打印技术则可以满足部分航天产品“更轻、更快、更便宜”的设计与制造需求，是航天领域未来结构设计与制造技术变革方向之一。

　　那么，更轻、更快、更便宜是如何做到的呢？

　　首先，在复杂结构的航天元器件的研制中，3D打印技术可以根据软件的数据模型直接成型，无需借助机械加工或者模具就可以完成零件的研制，同时可以很好地实现传统机械加工无法实现的异形结构，极大地缩短研发和研制周期。

　　其次，相比于传统工艺，3D打印在加工过程中能对粉末以及丝材进行充分利用，减少切割等造成的浪费，提高材料的利用率，降低制造成本。2016年，美国航天局通过3D打印生产的火箭零部件涡轮泵，与传统的焊接和装配技术相比,其原材料消耗减少了45%，制造该零件的整体成本仅为过去的35%。

　　最后，3D打印技术可以为航天器“减重”。在保证产品性能的前提下，通过软件算法，可以对零件内部材料分布进行结构优化。例如，传统卫星天线工艺生产出的零件是100%实心结构，而应用3D打印技术可以生产出轻量化部件。

　　近年来，中国商业航天公司也在应用3D打印技术“降本增效”方面做了积极探索。比如，通过3D打印技术进行高频微距波导、高性能天线等的加工，将部分载荷互联的空间压缩到传统占用空间的1/3，同时电性能还得到一定程度的提升，使得部分单机及系统的性能更上一层楼。

　　除了上述在地面上打印航天器部件以外，未来，在轨打印、太空打印的想象空间更大。

　　2020年，中国新一代载人飞船试验船上搭载了一台3D打印机，首次实现了中国太空3D打印实验。可以想象，未来，假如人们在太空中长期生活，无疑需要大量生活用品，如果所有物品都要从地球发射到太空，那么就需要一个体积无比巨大的火箭，发射成本极高。而3D打印技术可以通过“当场制造”解决这个问题。在理想情况下，只需携带一台先进的3D打印机和足够的原材料，到了太空以后，需要什么打印什么就可以了。

　　脑洞再开大一点，在更广阔的未来，也许人们可以带着3D打印机去其他星球，甚至使用该星球的土壤作为材料进行3D打印，打印出适合人类居住的“大本营”。

来源：2021年12月15日出版的《环球》杂志 第25期

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