供稿人：刘腾飞，田小永 发布日期：2017-03-31
浩瀚宇宙，奥妙无穷，无时无刻不对整个人类充满着极大的诱惑，探索神秘和多彩的未知世界，遨游充满着无限生机的宇宙太空，一直是人类恒久不变的主题。从1957年前苏联第一颗人造卫星上天拉开人类航天时代的序幕，到如今建立太空空间站进行人类活动，人类探索的步伐从未停止，随着人类对太空认知的加深以及航空技术的发展，新时期人类提出了远空探索、建设外星球基地乃至星球移民更为伟大的科技梦想。人类首先遇到的最大的挑战在于探空探索梦想的实现很大程度上依赖于如何充分利用太空丰富的资源去实现太空制造，克服现有火箭运载方式在载重、体积、成本上对太空探索活动的限制，获得深空探索所需的运载平台、工具与装备，实现太空基地的自我维持。
3D打印技术是一种采用逐层堆积直接进行零件成形的数字化增材制造工艺，加工过程无需专门的模具，不会产生多余材料，是最适合进行太空制造的加工工艺。利用3D打印建成“太空制造工厂”，实现零件的太空原位制造，将会为人类探索太空带来革命性突破。截止目前，世界各国已经陆续对太空3D打印展开了研究，2014年11月25日，NASA与Made In Space 公司合作实现了全球首次空间3D打印，在国际空间站的微重力科学手套箱（MSG）中成功打印了印有“MADEINSPACE/NASA”字样的铭牌，并在国际空间站制造了约20个零件（图1）。
图1 美国NASA太空3D打印
在欧洲，由欧洲宇航局授权意大利Altran公司研制的ESA第一台空间3D打印机POP 3D(Portable On-Board Printer)也已经完成了样机的开发工作。在中国，由中科院研制的国内首台太空3D打印机，已经完成了抛物线失重飞行试验，可在太空微重力环境下顺利完成3D打印任务，初步证明了空间3D打印的可行性。
太空制造最终目标是利用太空资源作为3D打印的原材料完成零件的原位制造实现太空基地的自我维持。月球土壤矿物组成中包含了大量铝、钛、铁等元素，可以直接作为3D打印制造的原材料。为此欧洲航天局（ESA）以及美国NASA提出了利用月球土壤进行月球基地3D打印的构想。图2是ESA与知名的建筑事务所 Foster + Partners 合作，设计了由一种多自由度机器人，就地取材月球土壤，通过3D 打印的月球基地。
图2 ESA 3D打印月球基地构想