欧洲航天局（ESA）近日宣布了一项在国际空间站（ISS）上的重大技术突破：首个在轨3D打印的金属部件已成功返回地球，并准备接受一系列的技术测试。这一里程碑式的成就标志着太空制造技术向前迈出了关键一步。
自2014年以来，国际空间站已经利用聚合物3D打印机生产了一系列工具和备件。然而，金属部件的制造一直是太空3D打印领域的一大难题。为了攻克这一难题，ESA于2024年1月在空间站的哥伦布实验舱内安装了一套专为微重力环境设计的金属增材制造系统。该系统利用激光送丝技术，以不锈钢丝为原料，通过激光定向能量沉积技术逐层构建金属结构。
为了确保打印过程的安全，该系统被封装在一个充氮气的密封盒内，以降低氧气含量，从而防止金属氧化和火灾风险。经过数月的调试和测试，2024年6月，宇航员成功地从该系统中取出了首个打印完成的“S形曲线”测试件。随后，在同年8月和12月，宇航员又分别完成了首个完整样品和第二个样品的打印。这两个珍贵的样品最近被送回了地球。
太空金属3D打印面临着两大核心挑战：一是重力缺失对材料成型的影响，二是设备在极端太空环境下的可靠性。在地球上，熔融金属受到重力的作用，自然流动并冷却成型。然而，在微重力环境下，表面张力和材料粘性成为主导因素，这可能导致层间结合力存在差异，从而影响打印部件的质量和性能。因此，此次返回的两个金属样品将分别由欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）和丹麦技术大学（DTU）进行对比分析，以深入研究微重力对金属微观结构和机械性能的影响。
这一成就的背后是ESA于2016年启动的“metal3D”计划。该计划由空客防务与航天公司主导研发，旨在实现设备的小型化、提升能源效率以及自动化控制。经过多年的努力，该项目终于实现了无人干预的闭环打印流程。当2024年6月该系统成功打印出首条S曲线结构时，ESA将其评价为“在轨制造的巨大飞跃”。
ESA强调，太空制造技术对实现地外自给自足至关重要。未来，宇航员将能够在太空中实时生产关键零件、维修设备甚至建造基础设施，这将大大减少对地球补给的依赖。这一愿景的实现将极大地推动太空探索的可持续发展。
值得注意的是，中国在太空3D打印领域也取得了显著进展。早在2020年，中国便通过新一代载人飞船实验舱完成了全球首次连续碳纤维复合材料的太空3D打印。尽管中欧在太空3D打印的技术路径上存在差异，但双方都在朝着构建可持续的太空制造能力的目标迈进。
