加州大學柏克萊分校的科學家們成功測試了新一代微重力3D印表機「SpaceCAL」。這些測試是作為維珍銀河07號任務的一部分進行的，該任務是一次載人次軌道太空飛行，於6月8日發射。

在140秒的試驗期間，SpaceCAL使用一種名為PEGDA的液態塑膠3D列印了四個物品。其中包括太空梭模型和被稱為「Benchys」的小型拖船，這些拖船通常被來評估印表機品質和性能的基準。

「SpaceCAL在過去的拋物線飛行測試中在微重力條件下表現良好，但它仍然需要證明一些東西。」該專案的博士生和研究員泰勒‧瓦德爾（Taylor Waddell）在一份聲明中說。「這次最新的任務由美國航太總署的飛行機會計劃資助，並得到柏克萊工程學院和柏克萊太空中心的支持，讓我們能夠驗證這項3D列印技術是否已準備好用於太空旅行。」

3D列印技術在過去十年中蓬勃發展，永遠改變了製造業。早期的模型主要是使用3D像素（稱為立體像素）列印的，這些立體像素非常精細地一點一點、一層一層地建立成3D結構。在過去五年中，科學家們進一步推進了這項技術的能力，製造出更複雜和更有創意的3D零件，使用的材料從金屬到生物材料。

SpaceCAL在地面上的前身，簡稱為「運算軸向光固化」（Computed axial lithography：CAL），由海登‧泰勒（Hayden Taylor）和他在柏克萊的小組於2017年開發。科學家們的目標是解決缺乏能夠在單個列印步驟中列印複雜、自訂定義的3D幾何形狀的3D列印技術。

CAL不是從底部向上構建結構，而是使用光來觸發光敏樹脂中投影圖案的化學硬化，「這樣在單個單元操作和單個顯影步驟中，可以產生任意使用者定義的3D零件」。設計的固化是由一種聚合反應引起的，樹脂中的化學構建塊在光照作用下連接成鏈或聚合物，進而快速、精確地形成高解析度、複雜的3D結構。

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CAL（和SpaceCAL）可以在短短20秒內創建複雜的零件——這與通常需要數小時才能創建類似物體的印表機相比有了顯著的改進。根據新聞稿，該團隊還展示了該系統的多功能性，成功使用60多種不同的材料進行列印，如矽膠、玻璃複合材料和不同的生物材料。

它在微重力環境中有效運行的能力，但其他許多3D印表機在這種環境下都面臨挑戰，使得CAL和SpaceCAL在太空探索應用中特別有前景。事實上，低重力環境可能會為3D列印帶來優勢，因為沒有重力可以最大限度地減少與材料流動和沉降相關的問題，增強了一些材料特性，並可以改善設計自由度。

「有了CAL，我們能夠證明——首先是在那些（第一次）零重力任務中，現在在這次太空飛行中——我們可以在微重力下列印出地球上無法實現的零件。」瓦德爾說。

這些發展令人興奮，因為3D列印很可能成為未來太空任務中不可或缺的一部分。NASA和歐洲太空總署已經開始推進在月球和國際太空站上進行3D列印的計畫。

「你可以通過攜帶製造技術來減少這種上升質量，使這些任務更快，並降低風險。」瓦德爾說。

這可以為太空人提供一種在現場獨立生產建築材料、工具、醫療設備和備用零件的方法。「如果你的太空船發生故障，你可以列印O形環、機械支架，甚至工具。」瓦德爾說。

隨著3D生物列印技術的進步，這也可能意味著可以列印替代器官或組織。「CAL還能夠修復太空人。」瓦德爾補充道。「我們可以列印牙齒替代品、皮膚移植、鏡片，或者在緊急醫療中為太空人提供個性化的東西，這在這些任務中也非常重要。」

但是，在太空中3D列印的物體仍然可以送到我們的地球，為生活在地面上的人類服務。「長期的目標是在太空中使用CAL列印器官，然後將它們帶回地球。」瓦德爾說。

「這些實驗的真正重點是推動技術，造福每個人。」他繼續說道。「即使它是為了太空，總有大量的方法可以讓它造福地球上的人們。」

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