来自奥本大学和NASA马歇尔太空飞行中心的研究团队，在最新一期的《npj Advanced Manufacturing》期刊上发表了一项具有里程碑意义的研究成果。他们成功开发并验证了一种名为Dry-ANM（干式增材纳米制造）的新型3D打印工艺，能够在微重力环境下直接制造导电的银和铜电子结构——无需油墨、无需液体、无需预先制备材料。这项技术有望彻底改变未来深空探测任务中电子元件的供应模式，让宇航员在远离地球的星际旅程中按需制造传感器、天线和替换电路，从而大幅降低深空任务对地球补给的依赖程度。
Dry-ANM技术原理：从纳米粒子生成到烧结一体化
与传统依赖液态油墨或浆料的电子3D打印方法不同，Dry-ANM平台采用完全干式的工艺路径——系统在打印过程中"现制现用"地生成金属纳米粒子，将其精确沉积到基板表面，然后通过激光或热源原位烧结形成导电结构。整个系统集成在边长约60厘米的紧凑设备中，集成了粒子生成、沉积打印和烧结三个核心功能模块。该技术最初由奥本大学研究员Masoud Mahjouri-Samani领导开发，他同时也是专注于干式纳米制造技术的初创公司NanoPrintek的创始人。NASA早在2022年就向该团队提供了150万美元的资助，用于开发和测试这一面向太空环境的制造系统。
抛物线飞行验证：50次微重力环境下成功打印
为了验证Dry-ANM平台在太空环境中的可用性，研究团队在NASA支持下进行了一系列抛物线飞行实验。在为期两天的飞行测试中，团队经历了50次微重力时段，每次持续约25秒。在这短暂而宝贵的失重窗口内，系统成功打印出了银和铜的导电特征结构，包括天线和其他导电图形。一个关键发现是：金属纳米粒子在微重力环境中的行为与地球上显著不同——正因如此，团队需要实时调整工艺参数来确保打印质量。经过多轮迭代，系统最终能够在每次微重力时段内稳定运行，成功生成功能性金属结构。根据论文所述，进一步的工艺优化有望显著提升系统性能。
应对深空探测的核心痛点：摆脱对地球补给的依赖
对深空探测任务而言，Dry-ANM技术的战略价值怎么强调都不为过。当宇航员前往火星或其他深空目标时，飞行时间长达数月甚至数年，从地球运送替换零件不仅成本高昂，而且周期漫长——一次往返补给可能需要数年时间。在这种情况下，能够按需制造电子元件的能力将从根本上改变任务设计逻辑。宇航员不再需要携带大量备用电子零件，而是可以携带一台Dry-ANM设备，在需要时现场制造替换传感器、修复损坏的通讯硬件或制造定制化的科学探测设备。这种"带设备不带零件"的模式，将大幅减轻深空飞船的有效载荷压力。
多材料扩展能力与后续发展方向
值得注意的是，Dry-ANM平台此前已被验证支持氧化锌、氧化铟锡和介电材料等多种功能材料的纳米粒子生成与打印。这意味着该技术未来有望制造更复杂的电子系统——从简单的导电线路到多层电路板，甚至可能包括半导体元件。研究团队表示，下一步的工作方向是提升系统在持续微重力条件下的运行稳定性，并探索在真实的国际空间站环境中进行长期在轨验证。NASA的阿尔忒弥斯二号任务已于今年早些时候完成了绕月飞行，阿尔忒弥斯三号计划于2027年执行，届时宇航员将踏上月球表面——在轨制造能力的需求比以往任何时候都更加迫切。
总结：太空制造从工具到电子的跨越
Dry-ANM技术的成功验证标志着太空在轨制造迈出了从打印结构件到打印电子元件的关键跨越。这不只是一次技术演示——它为未来深空任务中"即需即造"的电子元件供应链提供了可行的技术路径，有望从根本上降低人类星际探索对地球补给的依赖。
来源：3DPrint.com / npj Advanced Manufacturing