2024年5月30日，随着一台3D钢铁打印机在国际空间站上打印出首个钢铁组件，钢铁进入了太空时代。
就在几周前的2024年5月底，在国际空间站里，欧洲航天局（“欧空局”）哥伦布实验舱的3D金属打印机彻底改变了在轨制造方式。作为世界首创，这台打印机使用液态不锈钢打印了一小条S型曲线，证明了3D钢铁增材制造（一种每次建造一层物体的工艺）可以在太空中实现。
“这条S型曲线是测试线条，标志着我们3D金属打印机的调试工作成功结束。”欧空局技术官Rob Postema解释说。“随着首次打印的成功以及其他参考线条的推出，我们不久将会打印出完整的零件。”
基于聚合物的3D打印机已经在国际空间站上打印塑料物体有一段时间了，但金属打印难度更大，因为金属打印需要更高的温度和激光器来熔化金属。使用3D钢铁打印机时，首先将一根不锈钢丝送入打印区域，然后由高功率激光器加热，激光器的功率约为标准激光笔的100万倍。随着不锈钢丝的融化，不锈钢被印成所需的形状。
3D钢铁打印机由空客国防航天公司、AddUp公司、克兰菲尔德大学和Highftech工程公司共同开发，由欧洲航天局提供项目资助。
安全第一
“激光器及其产生的热量带来恶劣的打印环境，最初如何保护国际空间站是个问题，”空客公司3D金属打印机系统工程师Sébastien Girault说。“打印机装在一个密封的金属盒子里，这个盒子起到保险箱的作用。该工艺兼容的金属合金的熔点可能远远超过1200摄氏度，而塑料的熔点只有200摄氏度左右，这意味着需要严格的热量控制。
“重力管理也很关键，这就是我们选择基于线才的打印技术的原因。线才不受重力影响，不像基于粉末的系统，粉末打印设备总是要落到地上。”
克服了这个障碍后，金属具有的高强度、导电性和高硬度为在太空进行3D打印带来巨大的机会。
太空打印，地球操作
3D金属打印机只有微波炉大小，这台打印机的操作员位于法国的CADMOS用户支持中心。国际空间站航天员所要做的只是打开氮气和排气阀，以便开始打印。
为测试不锈钢打印机在太空中的各种可能性，首先要打印一些预定的形状，然后将这些形状返回到地球，以便与在正常重力条件下在地面上打印的相同形状进行质量和性能比较。科学家们将比较太空和地面上的测试数据，以了解微重力是对打印过程和金属的影响。
“其中两个打印部件将被送往位于荷兰的欧洲太空研究和技术中心（ESTEC）的材料和电气组件实验室进行分析，以帮助我们了解长期微重力是否会对金属材料的打印产生影响。另外两个打印部件将被送往欧洲宇航员中心和丹麦技术大学（DTU），”欧空局技术、工程和质量局材料工程师Advenit Makaya透露。
打造太空循环经济
欧空局计划使用3D不锈钢打印机来帮助打造太空中的循环经济。为了延长太空设备的使用寿命并优化资源，欧空局希望一旦3D不锈钢打印机完全投入使用，就可以用来打印轨道上所需的零件和工具，从而避免从地球上用火箭运送这些零件和工具。
“太空3D金属打印具有一种很有前途的能力，不仅可以支持未来的探索活动，也可以通过现场制造、维修、太空结构物回收等广泛的应用，进一步推动提高太空活动的可持续性。其中包括在轨大型基础设施的制造和组装，以及行星的长期人类定居。这些方面是欧空局即将开展的技术交叉项目的关键重点，”欧空局机械部负责人Tommaso Ghidini说。
真心希望钢铁行业的先驱们也能看到如今钢铁在实质意义和象征意义上取得的进步！