培养太空探索接班人在宇宙空间制造人造物体

在宇宙空间制造人造物体，一直是科幻小说的重要情节之一。相信《星际迷航》（Star Trek）的影迷们对于这一桥段一定不会陌生——飞船上的3D打印机直接打印出了一杯香浓的摩卡咖啡。
如今，在美国宇航局（NASA）的主导下，在宇宙空间运用3D打印技术终于成为了现实。
太空3D打印梦想成真

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2014年11月17日， NASA在国际空间站成功安装了世界首台零重力3D打印机。它高30厘米、宽24厘米、长36厘米，被安装在空间站的微重力科学手套箱（MSG）里。
NASA之所以痴迷于太空3D打印，主要在于宇航员可以使用3D打印机来更换破损的零部件，甚至使用3D打印的零部件组装完整的空间设备，避免动用火箭输送，降低空间站的运行成本和风险。
在此之前，当太空中的宇航员需要一个替换件时，只能向地面基地发出请求，等待下一次物资输送时才能到手。而每往太空输送一盎司（相当于28克）物资就要花费数千美元，而且地面工程师需要经过复杂的设计和包装，使物质在太空飞船中所占的空间最小化，同时运输火箭还必须满足相应的推力。因此太空3D打印技术的出现和成熟，将会改变太空探索的方式，对于人类未来的深空探测活动极其重要。
如今，世界首台零重力3D打印机正在帮助宇航员在微重力环境中进行“增材制造”（Additive Manufacturing ， AM）试验，目前已经打印了21个塑料配件，出现在《星际迷航》中的科幻场景似乎已经离我们不再遥远。
说到“增材制造”（AM），这是一种采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，在短短20年里，这项“自下而上”的制造技术就已突飞猛进。借助AM技术的发展， 3D打印技术真正打开了设计大门，由此能够生产出传统制造工艺难以实现的复杂形状的部件。
零重力3D打印技术验证的目标是进行太空AM试验，以探究AM技术作为持续太空制造可靠平台的应用价值。其中，第一阶段的打印将包括一系列的工程测试样品，这些样品将被送回地球用于科研分析，随后与该3D打印机在地面的NASA马歇尔太空飞行中心打印的样品进行比较。

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如果人类想尝试未来在太空中制造大量材料和装备的能力，那么如今的AM试验将是绝好的试金石。
405份方案带着理想飞翔
2016年2月，在美国机械工程师协会（ASME）基金会的帮助下， NASA在美国纽约的无畏号海洋航空航天博物馆内，启动了“未来工程师3D打印星际迷航复制品挑战赛”（Future Engineers 3-D Printing Star Trek Replicator Challenge ，以下简称“未来工程师挑战赛”）。
这项赛事旨在激发青少年对3D打印技术和星际旅行的兴趣。通过3D设计和打印，让所有年龄段的孩子发挥空间想象力，并用3D打印机打印出他们喜欢的产品。该赛事的举办方和赞助方甚至鼓励学生大胆尝试以前没有人涉及过的领域——使用3D打印技术设计出能使航天员“多福多寿”的解决方案。

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根据“未来工程师挑战赛”的主旨，学生们需要思考未来可能存在的长期太空任务，运用3D打印技术帮助宇航员在2050年的太空之旅中吃上营养餐，同时还要从可持续材料中获得在太空实现3D打印的目标。参赛作品可以包括耕作用品、生物容器、餐饮用品、食物容器，甚至能够种植的农作物等任何他们能想到的太空用品。