2025年初，由歐洲航天局（ESA）在國(guó)際空間站（ISS）上3D打印的首個(gè)金屬部件，已經(jīng)搭乘返回艙回到了地球。

現(xiàn)在，它正躺在荷蘭ESTEC技術(shù)中心的實(shí)驗(yàn)室里接受體檢。

這塊小小的金屬，與其說(shuō)是屬性未知，不如說(shuō)是開(kāi)啟了一本關(guān)于微重力環(huán)境下金屬增材制造的全新教科書(shū)。

目前據(jù)我們搜索，相關(guān)的返回金屬材料特性尚未披露在公開(kāi)的學(xué)術(shù)文章中。

不只是打印個(gè)零件那么簡(jiǎn)單

讓我們先把時(shí)間撥回到2024年。

由空中客車(chē)（Airbus）為ESA打造的金屬3D打印機(jī)被送往國(guó)際空間站，并由宇航員安德烈亞斯·莫根森在哥倫布實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)完成安裝。

資深讀者都清楚，新設(shè)備開(kāi)機(jī)，第一件事絕不是直接打個(gè)復(fù)雜的模型，而是要做工藝調(diào)試。

在軌打印也是如此。

ESA團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有急于求成，他們首先打印了一條簡(jiǎn)單的S形曲線(xiàn)。

這個(gè)操作在地面上可能不值一提，但在太空中，這卻是驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)。

從送粉、熔化到氣體循環(huán)—在微重力環(huán)境下能否正常工作的關(guān)鍵一步。

只有在確保了最基礎(chǔ)的線(xiàn)材打印穩(wěn)定后，團(tuán)隊(duì)才在當(dāng)年夏天，正式打印出了幾個(gè)用于材料性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)樣件。

ESA從一開(kāi)始的目標(biāo)就很明確：

建立一個(gè)基準(zhǔn)，搞清楚在沒(méi)有重力的環(huán)境下，金屬粉末熔化、凝固之后，其內(nèi)部的孔隙率、微觀結(jié)構(gòu)和最終的力學(xué)性能，到底會(huì)和地球上有什么不同。

核心挑戰(zhàn)：在失重環(huán)境下重塑冶金學(xué)

聊到這，最核心的技術(shù)問(wèn)題就來(lái)了：

微重力到底會(huì)對(duì)金屬打印產(chǎn)生什么影響？

大家都知道，在地面上玩激光金屬熔化（LaserMetalFusion）技術(shù)時(shí)，重力其實(shí)是個(gè)隱形幫手。

它能幫助粉末均勻鋪展，也能在一定程度上影響熔池的流動(dòng)和行為。

但在國(guó)際空間站，這一切都得推倒重來(lái)。

首先是粉末管理。

在失重環(huán)境下，粉末不會(huì)乖乖地待在粉床上，一不小心就會(huì)到處飄散，這既是安全隱患，也讓打印無(wú)法進(jìn)行。

因此，工程師必須設(shè)計(jì)出能?chē)?yán)格約束粉末、精確控制惰性氣體流場(chǎng)和激光參數(shù)的系統(tǒng)，才能避免金屬飛濺，穩(wěn)定熔池。

更深層次的影響在于材料的熱歷史和凝固路徑。

沒(méi)有了重力引起的對(duì)流，熔池內(nèi)部的熱量傳遞方式會(huì)發(fā)生改變，金屬的凝固過(guò)程也可能與地面上不盡相同。

這些細(xì)微的差異，最終會(huì)體現(xiàn)在材料的微觀結(jié)構(gòu)上。

比如晶粒的大小、形態(tài)和取向，以及內(nèi)部缺陷的形成機(jī)制。

這正是ESTEC實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們現(xiàn)在拿著放大鏡，逐一量化的東西。

戰(zhàn)略?xún)r(jià)值：從地面補(bǔ)給到就地取材

那么，費(fèi)這么大勁在太空里打印一小塊不銹鋼，圖什么？

答案很簡(jiǎn)單：為了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的自主空間探索。

回想2014年，NASA在空間站用郵件發(fā)去圖紙，成功打印出一個(gè)塑料棘輪扳手。那次驗(yàn)證的是按需制造的后勤理念。

而這一次的金屬打印，則是這個(gè)理念的重大升級(jí)。

對(duì)于未來(lái)的月球基地和深空任務(wù)來(lái)說(shuō)，每一次發(fā)射的載荷都極其寶貴。

如果宇航員能夠按需打印出關(guān)鍵的金屬工具或替換零件，就能極大降低對(duì)地球長(zhǎng)周期貨運(yùn)補(bǔ)給的依賴(lài)。

想象一下，一個(gè)關(guān)鍵閥門(mén)壞了，與其等上幾個(gè)月甚至一年從地球送一個(gè)過(guò)來(lái)，不如直接在空間站或者月球車(chē)?yán)锎蛴∫粋€(gè)。

這對(duì)于任務(wù)的成功率和自主性而言，是革命性的提升。

ESA的愿景甚至不止于此。

當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)成熟后，未來(lái)甚至可以直接在軌道上制造那些因?yàn)轶w積過(guò)于龐大而無(wú)法一次性發(fā)射的航天器結(jié)構(gòu)部件。

在月球表面，這項(xiàng)技術(shù)還可以與原位資源利用相結(jié)合，直接利用月壤中的金屬元素進(jìn)行打印，從而徹底改變太空建造的游戲規(guī)則。

前路漫漫：從能打到好用

當(dāng)然，理想很豐滿(mǎn)，現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)也不少。太空增材制造想要從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用，必須邁過(guò)和地面設(shè)備一樣的幾道坎：

首先就是材料性能的重復(fù)性，必須保證每一批打印出來(lái)的零件性能都穩(wěn)定可靠。

還有一個(gè)很難的問(wèn)題就是嚴(yán)格的尺寸公差，航空航天級(jí)的應(yīng)用，對(duì)精度要求極為苛刻。

另外還有安全的粉末處理，在密閉空間站環(huán)境中，金屬粉末的處理流程必須萬(wàn)無(wú)一失。

除此之外，空間環(huán)境還帶來(lái)了額外的變量：空間站的微振動(dòng)、宇宙輻射、劇烈的溫差變化，以及宇航員有限的工作時(shí)間，都是制約因素。

微重力環(huán)境是否會(huì)加劇殘余應(yīng)力的積累，或者催生出新的缺陷類(lèi)型，這些都需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)回答。

因此，后續(xù)的質(zhì)量保證流程至關(guān)重要。

ESA的測(cè)試方案可能會(huì)結(jié)合無(wú)損檢測(cè)（NDE）—比如X射線(xiàn)或CT掃描和對(duì)返回樣件的破壞性力學(xué)測(cè)試，來(lái)全面評(píng)估太空打印件的性能，并以此為依據(jù)，為未來(lái)的在軌打印建立起一套合格的工藝標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，ESA送回地球的這塊小金屬，本身并不神秘。

它的真正價(jià)值在于，它代表著人類(lèi)在軌制造能力從塑料時(shí)代向金屬時(shí)代邁出的第一步，是一個(gè)沉甸甸的工程學(xué)里程碑。

接下來(lái)，我們需要耐心等待ESA公布詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看一看微重力究竟給這塊不銹鋼帶來(lái)了怎樣的烙印。

當(dāng)工藝窗口被逐漸摸清，當(dāng)?shù)谝慌梢员恍湃蔚脑谲墤?yīng)用零件被確定下來(lái)，我們今天討論的這一切，將為未來(lái)的太空經(jīng)濟(jì)鋪平道路：

更少的發(fā)射、更快的修復(fù)，以及最終實(shí)現(xiàn)在哪里需要，就在哪里制造的終極目標(biāo)。

我們將持續(xù)關(guān)注返回金屬材料的特性。

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