看惯了中国制造，不如了解一下太空制造
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这段时间以来，制造的话题是大家比较关心的，不管是中国制造、美国制造还是什么制造。但是有一个更高维度的制造领域却被我们忽略了，那就是“太空制造”。
在硅谷，有这么一家看似很不起眼的小公司，坐落在一个小平房内。初看上去跟老厂房没什么区别，只有走近了，才能勉强看清“Made in Space公司”这几个字，公司名还是A4纸打印裁剪后粘去的。
这家公司就叫Made in Space，虽然看起来不起眼，但是公司有一个伟大的理想：为太空探索提供最前沿的先进制造技术。
Made in Space公司正门
这家公司自成立以来就备受关注，且研发进程非常迅速。
1999年，NASA研究员Ken Cooper首次证明了在零重力条件下实现3D打印的可行性。NASA宇航局研究中心（NASA Research Park）前负责人Aaron Kemmer在2010年成立了Made in Space，在之前研发成果的基础上，招兵买马，全力投入资源进行技术研发。
2011年，Made in Space实现了在零重力条件下3D打印高强度工程塑料，宣告“零重力环境3D打印技术”研发成功。
随后的几年，Made in Space获得了SBIR计划的资助，也得到了NASA在研发资源和资金方面的支持，在国际空间站和太空测试中进行了大量的实验和研发工作。
工作人员在零重力环境下测试3D打印机
现在，国际空间站中共有两台Made in Space的3D打印机，它们已经打印了超过200件物品，其中包括备用零件、升级产品和一些工具。根据调查表明，国际空间站中超过三分之一的破碎物品都是塑料材质的，而且均可通过Made in Space的3D打印技术来进行修复。
但是3D打印能做的不仅是打印塑料。太空制造的下一步就是Made in Space的Vulcan技术，这是一种混合型3D打印机，可以最接近原型且精准的打印出完全可操作的金属零件。近期，Vulcan项目获得了NASA的资金支持即将进入第二阶段的研发，准备在国际空间站的航天飞船上开始测试。
丨为什么要跑到太空造东西呢？
你可能会好奇，为什么要投入这么多资源在太空上制造呢？在地球上制造好，然后再运送到空间站去不是很方便吗？
根据Made in Space研发人员的说法，在空间站里的物资中，有大量物件是“备用件”，甚至还有相当一部分是“备用件中的备用件”。这些部件不一定会用到，但是如果在关键时候缺失（比如损坏了急需修复），对太空环境中的影响可能是非常致命的。
这些部件在空间站里的成本价值有多少呢？据Made in Space了解，高达10亿美元。而大部分都堆砌在空间站内，只有需要用到的时候才会拿出来。（大部分可能永远不会用到）
空间站里堆砌的物资，可能永远不会用到
而这些部件如果通过3D打印来做，可能在最短时间内完成制造。3D打印技术，就成了解决仓库物资大量堆砌的终极解决方案，缺什么就打什么。
在空间站里利用3D打印制造完成的零部件丨来源：Made in Space
太空3D打印技术还能解决一个让NASA专家更为头疼的问题，那就是运载火箭的体积有限，根本无法装下一些大型的结构。比如下图这个太阳能电池板。放在仓库里的时候是收缩起来的，而到了太空里再展开。
其实，有大量的航天器部件，体积都超过了运载火箭能够容纳的能力。
为了解决这个痛点，Made In Space与NASA又有了新的太空制造研发计划——研发一台形似蜘蛛的太空制造设备Archinaut，利用机械臂的自由运动，直接在太空里进行3D打印。
也就是说，只要打印材料足够，可以制造出非常大的航天器。常年运转的卫星如果零部件老化需要升级，Archinaut能够完成制造和装配卫星中需要升级的零部件。NASA专家不用担心运载火箭的空间和体积，太空发射也能大大减少成本。
Made in Space在研的3D打印航天器部件图
Made in Space的CEO Andrew Rush对于这个研发项目非常有信心，他甚至透露说正在进行巨型太空望远镜的研发。
目前的太空望远镜尺寸受到了火箭的限制，比如詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）耗资88亿美元，主镜片宽达6.5米，在发射升空之前需要被压缩才能装下。目前发射到太空的望远镜都没有达到天文学家的理想要求，NASA希望能够直接在太空制造镜面宽至少要达到12米的望远镜。
一般来说太空制造技术是高度保密的，不过Made in Space和NASA曾公开展示了一些他们共同研制的太空3D打印的零部件。经过材料专家的认证，他们打印的材料大致包括高强度工程塑料和金属两类，都是采用类似于FDM挤出融化成型技术来完成。
Made in Space和NASA展示的太空零部件
不过，目前Made in Space在研的技术都是基于现有的特制材料来完成，原材料要储备充足，才能在紧急时候应付不时之需。NASA研究专家们还有一个更大的愿景，就是建造出更先进的3D打印机，就地取材，直接利用太空上的材料来进行制造。
我们在《当NASA进军火星房地产，来看看户型图》一文中，就介绍了NASA发起的挑战大赛，在火星上就地取材，直接造房子，之后宇航员便可以直接住进去生活了。
丨3D打印永不止步
在太空上进行先进制造的探索，远不止步于工程领域。越来越多的企业家和研究人员想通过这种更加廉价的途径，利用真空、失重、无限的太阳能和极端温度这些性质来进行制造。他们的实验已经推动了医学、技术和材料科学方面的创新。
nScrypt（干细胞打印机制造商）、Bioficial Organs（生物墨水供应商）和Techshot（这项心脏实验的设计者）在共同探索太空3D打印心脏的研发。
为什么要跑到太空去打印心脏呢？
如今，心脏移植患者需要花费很长时间才能等到一颗适的心脏。即使有了新的心脏，患者也需要在余生中始终使用免疫抑制剂，以免身体排斥这个外来器官。
而用患者自身干细胞打印的心脏可以更快地为患者所用，并且遭到免疫排斥的几率更低，也能够完全按照患者原来的心脏尺寸定制。
在地球上打印心脏时，重力是个大问题。为了让打印用的生物墨水生长，干细胞和营养物质构成的培养基必须具有水的稠度，以确保细胞行动自如，结合成健康的心脏组织。由于这种水的稠度，想在地球上打印出心脏的话，支撑结构必不可少。
“心脏实际上就是被肌肉包裹的四个空腔，”Techshot首席科学家尤金·波兰德（Eugene Boland）说。不幸的是，科学家还没有发明一种干细胞生长支架，能够在不损伤新生器官的前提下移除或者溶解。
而在太空中打印器官时，Techshot认为不必使用支架就能长出完整的心脏。
在地球上打印心脏这样复杂的3D物体时，实际上是平面材料一层层叠加而成，这个过程非常耗时。nScrypt首席执行官肯尼斯·彻奇（Kenneth Church）把这称为“2.5D”。而在失重环境中，物体是以真正的3D方式被打印出来，速度提高了100倍。
3D打印技术是一种正在迅速崛起的智能制造方式，太空零重力3D打印技术异军突起，代表了先进制造的最前沿，在工程、材料、生物医学等领域不断推动人类探索的边界。
在美国制造、东南亚制造转移等话题闹得沸沸扬扬的今天，不如静下心来稍微关注一下太空制造，看看人类前沿的制造科学发展到什么地步了。