从理论上分析，3D 打印机在太空工作时会遇到哪些问题？
1月29号更新 去年从老板处得知，制造国际太空站（ISS）3D打印机的NASA的contractor Made in Space的CEO将会在近期访问我们实验室，届时我们会请教其在制作外太空3D打印机时遇到的困难。（目前还没来） -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 主要困难有且只有一个：在空间站缺乏与地面相同重力的情况下，NASA如何设计出可以适合在空间站重力环境下工作的FDM 3D打印机，同时确保FDM机器的可控性、可靠性。FDM原理不难并且要求不高。（看了 的答案，他的分析是正确的）我个人认为NASA在PLA/ABS的材料上以及FDM机器的托盘面上下足了功夫。以解决FDM机器在太空中工作时可能遇到的材料变形或是定位出现误差等问题。 首先，NASA发送进入空间站的3D打印机是基于FDM技术的塑料打印机（即桌面打印机，Fused Deposition Modeling，熔融沉积制造， ），简单地概括一下其工作原理（举例如果NASA要在空间站制作一个10cm高的零部件并且假设打印机打印层高0.1mm）： 1. 将一个高10cm（100mm）的物体沿z轴平均分成1000份。 2. 打印机开始逐层打印。打完第一层后，整个打印机盛放打印物品的托盘下降0.1mm。 3. 开始打印第二层。 4. 步骤2-3重复1000次后，整个物体结束打印。 在地球表面，因为重力影响，当托盘下降0.1mm后，托盘上的打印物体也会随着托盘下降而下降。从而使得整个过程流畅进行。那么到了太空站之后，当托盘下降后，托盘上面的打印物体或不会照预期随着下降，那么按照一般程序，打印的第二层将会和第一层重叠，打印失败。同时，如果每两层之间无法紧密粘合，那么打印成果表明可能就会有空洞，同样打印失败。当然，每层材料之间的粘合性也是考虑的一点。（之前在其他回复中看到了有说在桌面机的托盘上涂胶水是常态的，实际上真正优秀质量的FDM机器是完全不需要涂胶水的啊，因为涂了胶水的话会导致托盘表面不平从而间接影响打印质量啊。所以如果能通过材料以及机器本身的技术攻关解决这一问题，胶水是能不用最好。当然实际应用中淡淡地涂一层液体胶影响也不是很大。） 我个人看法，比较靠谱的解决方法之一便是在每两层间直接加胶水，或者直接开发粘性很强的材料。而这一切，诸如测试新的合适在太空中使用的ABS/PLA塑料材料，打印机的控制操作等，我相信也正是NASA在过去几年里为了制作太空3D打印机的所做的科研和努力。最后结果自然也是拭目以待。 当然也有一些其他问题，不过相较于因重力环境引发的的问题，解决难度还是较低的。 目前看来这个项目非常成功，proof-of-concept的目的已经达到。期待NASA在太空建筑以及其他3D打印领域的发展。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 关于为何选择FDM技术：FDM技术是塑料打印中最成熟也是技术要求最低同时精度相对最低的工艺。同时，它对机器设备的要求也是最低并且工艺更多依赖机械挤压，理论上受重力影响最小。因此是最合适的用来试验的技术。实际上还有个原因就是成本低。 相反，以液体或粉末材料为基础的SLS（Selective Laser Sintering，选择性激光烧结工艺， ），SLA(Stereo Lithography Apparatus，立体光固化成型法， )，SLM（ ）虽然也很成熟，但是受限于重力环境（尤其是液体和粉末在太空中的可控性大大降低）短期内或无法在太空中展示手脚。同时配套设备要求高，体积质量偏大，因此不适合送去空间站使用。还有就是成本高…… ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 关于开发空间站用3D打印机的用途：与陆军、海军开发3D打印机的用途基本上一致，在硬度等诸多因素达标的前提下，方便快捷地快速制造零部件以更新损坏的零部件。 比如，有一天空间站里一个实验舱里一个螺丝、螺母坏了，但是替换品用完了，那么如果没有3D打印机，NASA就需要等下一发火箭补给才能把缺的零部件送去空间站（要是周期太长，那么缺乏相应零部件的实验基本上就报废了）。如果有了3D打印机，坏了直接按照事先保存好的蓝图打印出来，最多1-2天也能投入实用了。再比如，实验室里的工具，诸如扳手之类的坏了。那么也是可以直接用3D打印机快速“造”出一个来，当然硬度和实用性还需考量。 太空用3D打印机的发展对于解决日后人类探索外太空的补给问题尤为重要。 最后加一个彩蛋：实际上目前3D打印技术在航天领域中还有一个黑科技的应用：打印卫星。不过貌似现在网上所提供的细节还不是很多，大致也只有Lockheed和NASA在做。等到以后该应用成熟了我再另开一题更新吧。 最后的最后，我脑洞大开：3D打印机在空间站能够正常工作+3D打印机可以制造出卫星=人们可以直接在空间站制造出卫星。这样的结局我已经不敢继续想象下去。但是这一结果或许已离现实不远。 关于3D打印的定义： 关于3D打印的前景： 3D打印在建筑、土木的应用： 3D打印在汽车领域的应用： 先写这么多啦。