北達(dá)科他大學(xué)（UND）的研究人員獲得了美國航天局75萬美元的贈款，用于開發(fā)一種3D打印航天服。

與來自馬歇爾、約翰遜和肯尼迪航天中心的工作人員一起工作，北達(dá)科他大學(xué)空間研究系教授兼主任Pablo de León將對這一概念的可行性進(jìn)行為期三年的研發(fā)項目。這款增材服裝將被設(shè)定為‘NDX-3’的帶好，將使用柔性聚合物的組合進(jìn)行制造，并最終通過動作捕捉測試與傳統(tǒng)航天服進(jìn)行對比。

“到目前為止，所有的抗壓力和太空服都是使用傳統(tǒng)的縫紉技術(shù)制造的，”León解釋說。“它們需要非常熟練的縫紉工匠的數(shù)千小時來建造一件太空服，而且它們也非常脆弱。重新思考宇航服的制作方式是很重要的，我們已經(jīng)潛在地發(fā)現(xiàn)3D打印可以幫助解決這個問題。”

“在我們進(jìn)入低地軌道時，宇航員將需要一種可靠的方法來修理和調(diào)整他們的裝備。”

從縫紉向制造轉(zhuǎn)型

在過去的七十年里，宇航服基本上都是以同樣的方式建造的，利用傳統(tǒng)的縫紉技術(shù)將一塊塊聚氨酯尼龍、各種金屬和可穿戴聚合物縫合在一起。這個過程需要熟練的縫紉工匠花費數(shù)千小時才能完成，與現(xiàn)代航天標(biāo)準(zhǔn)相比，即使是成品服裝也是古老的技術(shù)。

更重要的是，這種太空服的性價比并不高，每件的制作成本在200萬美元左右，而且由于是為每個宇航員量身定做，通常也不能重復(fù)使用。幾年前，UND開始與NASA合作，改變宇航服的制作方式，目的是設(shè)計一種增強(qiáng)型的、更具成本效益的替代設(shè)計。

雖然德萊昂教授和他的教師們已經(jīng)在這個項目上工作了一段時間，但他們最近選擇將3D打印融入加壓服的設(shè)計中。當(dāng)團(tuán)隊考慮到深空探索的前景時，他們才改用快速成型制造，并因此獲得了NASA的合同。

“在火星上和更遠(yuǎn)的地方，宇航員不會奢望在他們的行星棲息地有一支裁縫師或縫合師的軍隊來照顧他們的宇航服，向任務(wù)控制中心索取零件需要一年以上的時間?！钡氯R昂教授解釋說。

“所以，我們將嘗試做的，是主要使用3D打印來制造可加壓的太空服，”他補(bǔ)充道?！懊绹詈骄忠呀?jīng)決定資助我們的實驗室，因為有可能這可以改變未來制造太空服的方式，并幫助減少 ”對地球的依賴“，這是航天局的目標(biāo)之一?！?/p>

UND雄心勃勃的新型3D打印航天服

在為期三年的美國宇航局合同中，UND團(tuán)隊將通過開發(fā)和3D打印一件完整的服裝，評估快速制造技術(shù)在太空服設(shè)計中的潛力。雖然研究人員仍處于設(shè)計過程的早期階段，但他們已經(jīng)對其理想的外觀進(jìn)行了建模，并進(jìn)行了大量的材料評估。

起初，該團(tuán)隊的設(shè)計因 “過于綠色 ”而被拒絕，但他們改進(jìn)了技術(shù)，使用一系列不同的柔性長絲打印和壓力測試部件，現(xiàn)在NASA已經(jīng)要求提供完整的原型。隨著項目的進(jìn)展，UND的空間部門將與NASA更緊密地合作，以匯集專業(yè)知識，并利用該機(jī)構(gòu)的先進(jìn)3D打印技術(shù)。

“過去，我們與NASA的中心關(guān)系非常密切，對于這個特殊的項目，我們將需要他們的專業(yè)知識、投入和專業(yè)設(shè)備，”León說?！皫资陙?，NASA一直是3D打印領(lǐng)域的先驅(qū)。它擁有一些最先進(jìn)的設(shè)備和最好的專家，幫助我們解決這個項目中會發(fā)現(xiàn)的一些問題?！?/p>

“我們將與MARSHALL、JOHNSON和KENNEDY航天中心合作，因為他們在我們將用于開發(fā)原型，以及打印原型的設(shè)備等多個領(lǐng)域都有專長?！?/p>

一旦團(tuán)隊創(chuàng)建了他們的增材原型，他們將對其進(jìn)行一系列的動作捕捉測試，以比較其與傳統(tǒng)飛行服的性能。鑒于該服裝是為了在火星上使用而設(shè)計的，運動捕捉測試將模擬外太空的條件，使研究人員能夠準(zhǔn)確測量其可靠性。

諸如宇航服的靈活性、機(jī)動性和行走運動學(xué)等因素都將在期間被密切監(jiān)測，以確保宇航服盡可能地易于移動。在項目后期，將利用身體掃描技術(shù)制作定制化的原型，設(shè)計出 “完全適合 ”未來宇航員的太空服。

“我們覺得，對于長時間的太空飛行來說，擁有一套完全適合你的、為你量身定做的太空服，比采取‘一刀切’的方式更好。”德萊昂教授總結(jié)道?！叭绻捎脗鹘y(tǒng)技術(shù)，成本會很高，而且非常困難，但使用增材制造技術(shù)，你就可以做到這一點?！?/p>

NASA的3D打印前輩們

多年來，NASA委托了一些研究項目，研究3D打印在制造宇航服方面的潛力，并一路開發(fā)出各種原型。

早在2015年，NASA就宣布其Z-2原型宇航服將采用3D掃描和快速成型技術(shù)生產(chǎn)。該太空服本身的設(shè)計是由高耐久性復(fù)合材料制成，以實現(xiàn)更大的機(jī)動性，并保護(hù)穿著者免受太空惡劣環(huán)境的影響。

最近在2018年1月，奧地利空間論壇（OeWF），對宇航服進(jìn)行了測試，作為為期一個月的模擬火星實地任務(wù)的一部分。作為評估的一部分，來自全球25個國家的科學(xué)家前往阿曼的一個貧瘠地區(qū)，模擬紅色星球的條件。

在其他地方，美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室的系統(tǒng)工程師勞爾-波利特-卡西利亞斯（Raul Polit-Casillas）概述了類似鏈?zhǔn)?D打印材料的潛在航空航天應(yīng)用。根據(jù)這位技術(shù)人員的說法，添加劑織物既可以作為航天器的屏蔽裝置加以利用，也可以縮小規(guī)模，以宇航服的形式為宇航員提供保護(hù)。