3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用特定的原材料，通过逐层“打印”的方式来制造所需形状的物体。

　　近年来，3D打印技术除了在教育、医疗、文创、工业制造等领域具有广泛应用外，在航空航天方面也具有显著价值，一直是领域内的“刚需”技术。

　　3D打印具有成本低、精度高、效率快等明显优势，其所打印的关键部件应用到航空航天领域，不仅能够降低太空探索的成本和难度，同时能够更大程度保障探索安全性。

　　#01

　　早在2014年9月，国际空间站（ISS）就迎来它的第一台3D打印机——Additive Manufacturing Facility（AMF）。这是美国加州的“太空制造”公司和美国航空航天局（NASA）合作推进“零重力3D打印”项目，制造了这台打印机，并由SpaceX公司的SpaceX Dragon (龙飞船)将其送上太空。国际空间站

　　只需15分钟到1个小时，3D打印技术能把金属和塑料等不同材料打造成特定形状。这台“上天”的3D打印机可以预先存储关键零件的打印数据，方便打印；而需要打印其他部件时，只需在地面上通过网络上传有关指令即可。

　　在首次测试中，这台3D打印机成功按照地面工程师上传的图纸打印了一个扳手，宇航员可以用它来完成轨道实验室里的维修工作。图片来源：messe frankfurt

　　据了解，这把扳手很有太空特色——上面还设计了一个紧固用的夹子来帮助宇航员在微重力环境中使用该工具。宇航员及研究人员能够在这台3D打印机的打印尺寸范围内得到他们所需要的3D打印对象。

　　#02

　　从印在月球栖息地墙上的辐射传感器，到印在月球表面的太阳能电池板，再到国际空间站上使用的气体和生物传感器，在未来，太空中印刷的电子产品会频繁出现在人类生活场景中。

　　近日，加利福尼亚州圣何塞的Space Foundry和艾姆斯的爱荷华州立大学的团队通过微重力飞行试验，推进了电子产品的3D打印的前沿方法，并得到了NASA飞行机会和小企业创新研究(SBIR)项目的支持。Ram Prasad Gandhiraman 博士和 Dennis Nordlund 博士操作微重力电子实验等离子喷射打印 © NASA

　　零重力公司在抛物线飞行中使Space Foundry的研究人员能够测试一个获得美国宇航局艾姆斯研究中心许可的系统，该系统的设计用于导电金属墨水的高通量等离子喷射打印。相比之下，Space Foundry的工艺采用了单步工艺，不需要加热或紫外线固化。这些优势可以减少宇航员受时间的约束，降低成本，并提高印刷电子产品在广泛应用中的多功能性。 Space Foundry 打印的电极 © NASA

　　#03

　　未来科技当前，一场新的饮食潮流正在向人们走来——这场潮流从3D食品打印机开始，正带领人们走向一个数字烹饪的未来。

　　以色列食品技术公司 Aleph Farms 把人造肉延伸到更远的地方——距离地球 339 公里的国际空间站上。Aleph Farms 创造了世界上第一块实验室种植的牛排。培育牛排的 3D 打印机 图片来源：新发现杂志

　　宇航员们将地球上的牛细胞带到了太空上，然后利用 3D 生物打印机，让活细胞生长成为了小规模的肌肉组织。这一过程，模仿了奶牛体内的肌肉组织再生的自然过程，所以人造牛肉的质地和结构都和真实牛肉一模一样。他们突破了在极端的受控微重力环境，以最少的资源培育出实验室“种植”的小型肌肉组织。利用牛细胞球状体培育的小型肌肉组织 图片来源：博科园

　　在2018年12月，Aleph Farms 就已经在两周内通过实验室的细胞生产出了原型的“条状牛排”，但他们承认“牛排”的口味还需要改善。

　　目前，他们正与俄罗斯公司 3D Bioprinting Solutions 合作开发该技术，将来不仅能为宇航员，还能为空间站中的每个人都提供太空汉堡等肉类食品。

　　#04

　　随着器官移植技术的日臻完善和手术成功率的不断提高，器官移植已成为器官损坏患者延续生命、恢复健康的重要手段。然而在许多国家，等待器官移植的患者数量远远大于器官捐献者的数量。有幸等到合适器官并移植成功的患者，也需要长期服药来克服术后的排异反应。因此，实现器官“复制”一直是医学界的梦想。3D生物制造设备(BFF, 3D BioFabrication Facility) 图片：Techshot Inc.

　　2020年1月，美国微重力设备制造商Techshot旗下的3D生物打印机在国际空间站美国国家实验室成功打印了大量人心脏细胞，完成了其目标在太空制造心脏和肺等人体器官的第一步。

　　3D生物打印是以人体细胞、生物激素、生长因子等物质为“墨水”，利用3D打印技术来构建具有生物功能的人体组织器官，例如，皮肤、软骨、肾脏、心脏等。打印中的心脏 （图片来源：特拉维夫大学）

　　在太空微重力环境中进行器官或组织打印，打印的3D结构将保持其形状，无需提供支撑或脚手架。因此能够使用低粘度的墨水和更加精细的打印头，精确“复制”人体器官内的一些微小的精细结构。这些结构一旦被打印出来，将被放置在一个细胞培养系统中，经过一段时间的培养，细胞之间的联系会逐渐增强，直到形成具有活性、可自我支撑的器官组织，即使回到地面重力环境，它们也能保持原有形状。因此，空间微重力环境可以实现比地面普通环境更加精确的3D生物打印，为制造心脏、肺等人体器官提供更加理想的环境。

　　小结：

　　如果3D打印机能够在微重力环境下像在地面上一样正常工作，人们在未来的航天探索中就不用依靠地面提供补给，而是直接在太空中给航天器生产配件。这对火星之旅等远离地球的深度太空探索将至关重要。

　　业内人士认为，人类拥有了在航天器中随时、按需打印零件的能力之后，整个太空探索的补给系统将会发生革命性的改变。

　　随着全面老龄化时代的加速，器官、组织的病变与衰老将会是医疗领域的重灾区。而以3D生物打印为基础的生物技术变革，可以为我们的生活带来一些新的可能。无论是瘫痪人群的肢体自由解放，还是病变组织、器官的治疗与更换，都让我们面对不可控的未来有了些许的自信与底气。

　　参考资料：

　　[1]https://www.tmtpost.com/6214643.html

　　[2]https://www.sohu.com/a/396445950_280422

　　[3]https://m.thepaper.cn/baijiahao_19392170

　　[4]https://www.nasa.gov/