再生塑料機遨游太空 零件“自制造”
http://www.e4s72.cn 2015-01-19 10:03:41 塑料新聞中國
3D打印不僅在地球上努力進入主流應用，還脫離了地球進入外太空。宇航員們正在國際空間站掀起一股3D打印風暴。如果美國航空航天局NASA的添加制造項目按計劃進行，用不了多久，就能完成比在太空中制造扳手和備件更復雜更精彩的生產。
在太空中3D打印的第一個物件是3D打印機本身的一個備件。這是一個擠出機外殼，印上了打印機生產商的名稱“MadeIn Space”以及NASA標識。隨后很快又為擠出機外殼打印了一塊側板。
再生塑料機遨游太空 零件“自制造”
NASA的3D打印項目經理NikiWerkheiser說，第一次打印時，"制品需要有意義，能夠從中獲得測試數據。"
"這類事情或許對普通人來說顯得枯燥無味。但卻是我們首次在太空中加熱并擠出塑料。哪怕徹底失敗了，打印出亂七八糟的一團東西（我們知道不會），如果我們沒有飄在空間站里嘗試過，是不會明白這一點的。空間站是唯一可以提供微重力的實驗室平臺。"
自從11月24日首次成功打印以來，宇航員們開始嘗試更大、更好、也更容易辨識的物件，包括一個棘輪扳手。棘輪扳手的圖紙在一周時間內被設計出來，經過批準后送入太空，花了約四小時就打印出來，耗材是ABS7006長絲。這是對NASA的按需3D打印能力的真正考驗。
3D打印項目是NASA與總部位于加州的MadeInSpace公司簽訂的價值140萬美元的小企業創新研發計劃合約，第一階段是測試宇航員在微重力環境下生產自用零件和工具的可行性。
把添加制造技術帶入太空最終將能最大程度減少從地球攜帶零部件和工具進入太空，節省高昂的太空運載成本（每公斤10000美元），并提高空間站的自給自足能力。這階段打印的試件、零件和工具最終將被帶回地球，與地面上用同一臺打印機打印的同一種物件做比較。
Werkheiser說："我們將把所有樣件帶回地球，與地面對照品進行比較。我們還將通過視頻做初步分析。我們發現表面積較大的零部件，不太容易取出。我們需要研究這是否真的是由微重力所致。雖然地面上也有這樣的情況，但在運行軌道上發生頻率更高一些。"
他指出，盡管打印機生產出來是一模一樣的，但經過發射和微重力后可能有所變化。"附著力無疑是我們的問題之一。"
除了比較打印過程，太空中打印的零部件還要接受抗拉強度、扭矩和靈活性測試。測試結果將提供給MadeInSpace公司，幫助完善其下一代微重力3D打印機，預計將在今年初交付。
該項目接下來還有其他很多事要做。"添加制造設備"（縮寫為AMF）現已投入開發，提供給空間站的下一代3D打印機將是Made In Space公司根據眾多用戶的體驗所總結的經驗而生產的商用打印機。
Werkheiser在描述太空國家實驗室的情形時說："這將成為他們自己的打印機，而NASA將成為他們的客戶之一。其他實體、高校、行業、地面上的任何人，都將能獲得在空間站里3D打印的體驗。"
Made In Space公司把這比喻為"太空中永久的生產車間”。
他說："當然它將為宇航員所用，用于實驗用途。但Made in Space公司還將推出商用版。任何想在空間站上做實驗的人都能加入這一隊列。"
Werkheiser說，新系統要比原來微波爐大小的3D打印機更大一些，還將具備多材料能力，最有可能從PEEK和Ultem開始著手，歸功于其高強度、高安全性評級和卓越的熱屬性。
她說："Ultem已被用于生產各種艙外活動或太空漫步工具。雖然在太空中打印的質量還存在未知性，但到目前為止一切順利。"
其他項目
把更強大的打印機送到從未有打印機留下足跡的地方，這并不是Made In Space公司與NASA合作的所有內容。
在2014年初，美國政府就簽訂了兩份合約，每份價值125000美元，簽約方分別為Made In Space公司和華盛頓州的Tethers UnlimitedInc.公司，其目標是開發一臺再生機器，回收3D打印塑料件或其他塑料，并將其再生成為可用的原料。Werkheiser說，該計劃力爭在2016年把一臺再生技術演示用機送上太空。
她說："兩家公司已經把再生機器生產出來，并在地面上把不同的材料再生為長絲。"
該計劃的目標在于提高可持續發展能力：把包裝材料，如泡沫、薄膜袋和氣泡紙變為可再用的原料或利用3D打印的原料，最大程度減少再供給的需求。
Lowery和MadeInSpace公司對其ABS再生系統R3-DO的細節守口如瓶，但其熱情態度溢于言表。
他說："這無疑是實現優化和提高資源利用的一項重要舉措。如果3D打印機成為太空中的標準，再結合材料再生，有望在太空中實現可持續發展，并在很大程度上擴大探索。"
Tethers Unlimited公司已宣布了其太空再生計劃Positrusion，還對地面應用做出了設想。
該公司在去年的項目建議書中寫道："這項擬議將開發一種長絲擠出機，采用名為Positrusion的全新擠出工藝，在地面完成設計，可直接利用任意形狀的ABS塑料廢片優化生產小批量的正控制圓長絲，同時達到空間站的操作要求。該機先烘干進料并脫氣，然后通過模頭融化和擠出，冷卻擠出型材的橫斷面尺寸和送料速度將通過連續模擬閉模成型加以嚴格控制。"
"Positrusion工藝不適用于高產量的工業用途，但日益壯大的家用和辦公用3D打印機用戶中有很大一部分會產生興趣，可幫助他們有效實施自立的3D打印機材料再生。"
地球上存在的塑料問題，比如閉環生產，有可能在太空中找到解決辦法。
而NASA/Made In Space合作項目在接下來面臨的太空3D打印的最大問題，將與地面上設計人員所遇到的問題截然相反。
在國際空間站中沒有上下移動，四面墻都可以使用。
Werkheiser說："如果你使用四個打印托盤在所有四個方向打印會發生什么？微重力環境是否能消除在重力下打印所產生的鎖邊和凹陷？""想到我們在微重力環境下能夠設計出重力下無法想象的新事物真是很有趣。"
她說，但這需要設計師們轉換思路，要找出必須添加什么，剔除不需要的設計元素。
她說："除技術本身外，我們對建立新的設計師和開發者群體也很感興趣。"
NASA將把其專為太空設計的物品的CAD文件公開提供，讓地球上的每個人都能自行將它們3D打印出來。
Werkheiser說："我不認為我們將會顛覆3D打印的整個概念，但在使之更適用于高優化、可復現的技術進步方面，毫無疑問我認為我們正在做出重要貢獻。"
Lowery說，MadeInSpace正在認真考慮太空即用型塑料設計的未來發展，向當前和未來的塑料行業以及更廣闊的領域發起了挑戰。
他說："我們將交付一種前所未有的平臺，把CAD軟件推向從未企及的高度，并把這種能力提供給普通大眾。"
"我們已經在太空中建立了生產車間，我希望大家與我們一起推動行業發展。我們已經拿到了鑰匙，讓我們用鑰匙開啟未來。找出一切新的可能性。"
