德国将失重测试PBF粉末床金属3D打印技术

南极熊导读：德国引领着全球PBF粉末床3D打印技术的发展，他们的失重环境下3D打印研究已经有长达3年多的经验。

德国航空航天中心（DLR）正在准备发射失重试验飞机，测试自2017年以来一直在研发的零重力条件下的金属粉末床熔融3D打印制造系统。这台机器专门设计成试验火箭的有效载荷。南极熊了解到，它将于2020年搭载在MAPHEUS火箭上进行发射。

DLR研究项目的主题是SLS/SLM工艺（选择性激光烧结或选择性激光熔化），利用聚焦激光束从粉末层，一层一层地熔化凝固形成所需的零件。这种工艺支持的材料范围非常广泛，即使调整不同的机器参数，有时也需要进行一系列复杂的测量。

粉末床工艺在准备低重力，一直到完全失重的条件下进行3D打印，最大的挑战之一是金属粉末处理。这包括有针对性地应用厚度均匀的密实粉末层，因为这些参数决定了零件的质量和材料性能。这层粉末层还必须在打印床上保持稳定，直到激光加工完成后再铺上下一层粉末层。为了实现这一目标，需要应用气体流，将粉末有效地 "吸 "到打印床上。这种通过压力控制来稳定粉末的方法，已经在以前的失重飞行的各种试验中进行了测试，显示出很高的可靠性。

△2017年，DLR的研究人员进行了增材制造的零重力抛物线飞行测试

这种新开发的实验3D打印制造装置，完全自动化，有独立的能源供应，坚固耐用，足以承受火箭发射过程中的负荷压力，而且重量轻。3D打印过程可以通过遥测连接，从地面进行监控。在抛物线失重飞行过程中，火箭有效载荷和地面站将并肩工作。除了首次在失重状态下测试硬件，还将研究不同的、要求更高的材料（如固体金属玻璃等）对系统参数的优化。

快速成型制造，又称3D打印，应用广泛，可以用液体、粉末或丝状材料制造部件。各类材料，包括金属、塑料和陶瓷，也包括复合材料，都可以进行3D打印。越来越多的原材料有了3D打印的应用场景。

在太空中使用3D打印技术最重要的优势是，能够在需求地点就地生产零件。因此，在太空旅行中的应用，在地球轨道上或更远的地方，例如在月球或火星基地，将是未来人类太空旅行的重要支撑。

这样的制造工艺，即使在地球上经过了充分的试验，并已准备好投放市场，但要适应重力降低的环境，困难重重。一方面是对相应的3D打印机的硬件要求有本质上的不同；另一方面，在太空旅行中，往往会有更复杂的材料需求。