太空制造：无限尺寸高温FFF 3D打印机，欧洲航天局资助

导读：“万物皆可打印”，这句话在3D打印概念创立的时候就一直流行至现在。但是，因为技术条件、生产空间以及有限的可用材料，这句话一直是一个可望而不可及的目标。现在，人们似乎能够利用现有技术突破单方向打印无限尺寸的零件，并有望成为国际空间站的制造工具。

南极熊获悉，欧洲航天局（ESA）下的一个资助项目设计并制造了一种用于国际空间站（ISS）的早期FFF 3D打印机，并在3月初ESA的Advanced Manufacturing研讨会上展示了这款未命名的3D打印机与相关功能。机器兼容高温工程长丝，与会人员目睹了一根1.5米长的硬质聚合物棒制作的全过程。作为ProjectI MPERIAL项目的一部分，这款3D打印系统利用传送带组件（理论上）无限长地3D打印零件。参与项目的财团包括德国航空航天公司OHB和Azimut Space、爱尔兰共和国阿斯隆技术学院以及葡萄牙3D打印机提供商BEEVERYCREATIVE。

△新的Project IMPERIAL 3D打印机用于生产1.5m长的聚合物棒。通过ESA拍摄。

太空工业级FFF 3D打印

太空工业级打印机必须遵守许多严格的技术要求：

  • 能够打印诸如PEEK高性能工程聚合物材料

  • 能够在微重力条件下打印，同时保持类似地球的零件质量

  • 能够在一个方向上打印无限长的大型零件

  • 系统功耗受到严格限制

  • 加工成型的零件无需后处理即可直接使用

除此之外，为了确保机器能够成功集成到ISS中，在设计3D打印机时还要考虑原材料的可用性。零件生产后残留废料应减至最少，并在可能的情况下重复使用。

△IMPERIAL FFF打印机，可无限打印

这款在ESA的高级制造车间展示的1.5m长的硬质聚合物棒是使用比实际尺寸小得多的3D打印机制作的。打印机能够在单个方向上打印无限制尺寸的零件。同时它也是3D打印技术的地面演示版本，最终打算在国际空间站上使用。ESA高级制造工程师Advenit Makaya认为，为航天器结构零件开发大型离地制造解决方案是增强未来太空任务可持续性和稳健性至关重要的一步。

△国际空间站。图片来自NASA。

关于IMPERIAL项目

这个名为IMPERIAL的项目旨在开发克服当前3D打印机构造限制的地外制造方法，使机器构造和维护变得容易，增加未来太空飞行任务的自给自足性。

△在进行IMPERIAL计划之前，ESA联盟在MELT计划下开发了具有微重力功能的3D打印系统。图片来自BEEVERYCREATIVE。

ESA材料专家Ugo Lafont说：“通过这项活动，我们克服了3D打印的主要限制之一——构造体积。同时使用了能够处理高性能热塑性塑料的小型3D打印机。” “这是一项伟大的成就，它将扩展这种按需制造过程的应用领域。”OHB项目经理Antonella Sgambati也称，采用高性能聚合物的FFF不受重力环境影响，为新的挑战铺平了道路。在项目中，BEEVERYCREATIVE的原型机开发和测试取得了在单一方向无限打印这一独特的成就，使地球以外的制造工艺变成了一种可能。

中国的无限尺寸3D打印机

深圳创想三维2020年11月在Kickstarter上发起众筹，一款名为3DPrintMill的无限Z轴 FDM 3D打印机。作为一款无限Z轴的打印机，3DPrint Mill的独特之处不仅在于其传送带式的打印床，还在于打印头围绕的倾斜龙门。这是一种非常特殊的设计，它为3D打印机引入了几个理想的特性：连续打印，以及能够打印无支撑的悬垂结构。

3DPrintMill的核心是CoreXY（或其变体），与传统的打印机相比，关键的区别在于XY龙门和运动系统是倾斜的。而不是一个平面的固定区域的床铺，它在Z轴上垂直于打印头移动，你有一个滚动的Z轴。由于打印平台循环的运动，只要已经打印的东西可以从传送带上拆掉，理论上机器可以在这个滚动的Z轴上无休止地打印。

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