不是主角，但不可或缺：3D打印在NASA阿爾忒彌斯2號中的真實角色

4月2日，美國宇航局從肯尼迪航天中心成功發射阿爾忒彌斯二號飛船，時隔半個世紀，美國在此執行載人繞月任務。

這次任務被NASA認為是一個重要的里程碑，它標志著阿爾忒彌斯計劃的首次載人飛行，也是其重返月球計劃的關鍵一步。值得關注的是，阿爾忒彌斯2號任務還顯示出3D打印技術如何融入此類任務的過程。在未來幾年，了解如何維持這些任務的運行至關重要。

載人繞月任務及3D打印技術的應用

“阿爾忒彌斯二號”并非登月任務，而是一次載人全系統測試。與“阿波羅8號”類似，宇航員將繞月飛行并返回地球，驗證飛船、生命維持系統和整體任務架構。此次任務預計持續約10天，宇航員返回地球后將濺落在太平洋。

如果“阿爾忒彌斯二號”任務按計劃進行，它將為未來載人登月并建立長期駐留基地的任務鋪平道路。這不僅僅是重返月球，而是要長期駐留。

阿爾忒彌斯計劃規模龐大，但增材制造技術并未得到廣泛應用，這也在意料之中。在航空航天領域，認證、可靠性和長期驗證至關重要，因此新技術的采用需要格外謹慎。正因如此，3D打印技術被應用于特定領域，并展現出顯著優勢。在NASA及其承包商中，該技術已應用于以下三個主要領域：

1. 航天器（獵戶座）

搭載宇航員的獵戶座飛船也包含3D打印部件。獵戶座飛船的主承包商利用增材制造技術生產了飛船多處的零件，例如支架、電纜導軌、環境控制系統組件和外殼。其中許多零件采用激光金屬3D打印工藝制造，因此可以一次性完成，無需組裝。

這些部件很重要，它們有助于減輕重量、簡化制造工藝，并在性能至關重要的領域提高可靠性。

2. 工裝、測試和地面系統

在阿爾忒彌斯計劃中，增材制造技術的應用很大一部分都發生在幕后。美國宇航局（NASA）的各個中心，例如馬歇爾太空飛行中心和肯尼迪航天中心，以及承包商都依賴3D打印技術來制造工裝、進行測試和地面作業。

這包括用于驗證發動機和航天器部件的定制測試夾具和工裝，以及用于支持生產和集成的快速原型、裝配輔助工具和其他制造工具。許多此類部件都采用熔融沉積成型（FDM）等聚合物基工藝制造，使團隊能夠快速地設計、打印和測試部件。

雖然這些部件本身并不用于飛行，但它們在阿爾忒彌斯計劃中發揮著至關重要的作用，幫助工程師更快地迭代、降低成本并在開發早期解決問題。

3. 火箭發動機部件（SLS）

3D打印技術在太空領域最重要的應用之一是火箭發動機，盡管它們在本次任務中并非最引人注目。美國宇航局的重型運載火箭——太空發射系統（SLS）——使用的是最初為航天飛機開發的RS-25發動機。

NASA及其合作伙伴在過去幾年中一直在RS-25發動機中引入3D打印部件，包括用于減少振動的彈簧蓄能器系統部件，以及某些閥門和內部組件。預計在未來阿爾忒彌斯計劃的新版本發動機中，增材制造技術將占據更大的比例。

這正是3D打印技術可能發揮最大作用的領域之一。火箭發動機是航空航天領域最復雜的系統之一，需要在極端條件下運行。即使是微小的改進也至關重要。增材制造技術能夠簡化設計、減少零件數量，并制造出使用傳統方法難以甚至無法實現的內部通道。

3D打印目前還無法實現的功能

阿爾忒彌斯二號也展現了增材制造技術目前的應用場景。但它并沒有打印整枚火箭或大型飛行結構。其核心系統仍然采用經過數十年驗證的傳統方法制造。

3D打印技術的應用是選擇性的。它應用于能夠創造價值的領域，例如復雜零件、輕量化結構和快速迭代，而不是完全取代傳統制造方式。

這與增材制造研究（AMR）近期的分析結果相符，行業增長越來越依賴于特定應用，而非整個系統的廣泛采用。這種差異至關重要，尤其是在人們常常誤以為3D打印技術的應用范圍比實際情況更廣的情況下。

Relativity Space使用3D打印機打印高大的燃料箱

3D打印在長期任務中將發揮重大作用

3D打印技術在阿爾忒彌斯計劃中的真正影響不僅僅體現在這次發射上，更在于其后續發展。未來的任務旨在建立人類在月球上的長期存在，這將徹底改變問題的性質。

在地球上，制造業依賴于供應鏈，原材料和零部件在全球網絡中流通。但在月球上，這種模式行不通。運輸耗時過長，有效載荷能力有限，而且每一公斤都價格昂貴。在這種環境下，制造業必須更靠近需求地進行生產。

在很多項目中，科學家們正在研究如何利用激光在月球上用月壤進行3D打印結構。3D打印技術參考注意到，我國也研究了“月球打磚機”。

基本上，如果零件無法輕松運輸，就只能就地制造。這正是3D打印真正發揮作用的地方。任務無需運送實體部件，而是可以攜帶數字文件，按需生產零件，無論是工具、替換零件，還是更復雜的設備，例如醫療應用。

未來，3D打印技術的應用范圍遠不止于制造小型部件。全球航天大國的研究團隊都在探索如何利用月球風化層作為材料進行原位3D打印，目標是利用現有的資源來建造所需的各種設施，包如著陸平臺、防護結構、居住艙等等，從而減少從地球運輸物資的需求。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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