原标题：这也许真的不远了，月球基地和机器人都可以直接在太空打印
先说自己的观点：
3D 打印技术在航天领域中有相当广泛的应用前景，甚至很可能会成为未来「太空产业化」路上的一项至关重要的技术。
1. 现阶段 3D 打印在航天上的应用
3D 打印开始火热也就是在最近几年，所以这项新技术在航天上的应用并不多。不过，NASA 以及国外的一些航天公司已经就 3D 打印技术在航天上的应用展开了初期的尝试。下面简要介绍一下：
1）NASA
NASA 一直鼓励前沿技术在航天中的应用，3D 打印也不例外。在 2014 年 11 月 17 日，第一台太空 3D 打印机在国际空间站上安装成功。这台 3D 打印机是由 Made In Space 公司制造，由 SpaceX 的龙飞船运往国际空间站（SpaceX CRS-4）。
那么 ISS（国际空间站）上的首台 3D 打印机表现如何呢？
在完成机器的安装和调试工作后，NASA 先让它打印了一个扳手。这个工具的图纸是由工程师在地面设计完成之后，上传到 ISS 的 3D 打印机中的。所以理论上来说，只要 ISS 不断网，任何常用的工具都可以由地面设计好，再命令太空中的 3D 打印机进行制造。
随后的几个月内，这台打印机也制造了一些其他的部件。2015 年 2 月，这些在太空中制造的产品同样搭乘龙飞船顺利运回地球，随后转送到了 NASA 的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）进行后续的测试，以验证在零重力环境下使用 3D 打印技术制造产品的可行性。到目前为止，还没有测试的后续报道。
2）Made In Space 公司
谈到太空 3D 打印，就不可不提到太空制造公司。上面说的 ISS 上的首台 3D 打印机就是由他们制造。这家公司成立于 2010 年，公司总部位于加州山景城，目前员工仅有 22 人。
太空制造公司是首家研究零重力下 3D 打印技术的公司。为了在失重环境下进行测试，他们一共开展了 400 余次零重力的抛物线飞行（由 NASA 的 Flight Opportunities Program 进行资助），并向 NASA 验证了零重力 3D 打印的可行性。
在 ISS 的 3D 打印测试成功之后，太空制造公司也没闲着，继续和 NanoRacks | The Operating System of Space 合作，开展了一个 AMF（Additive Manufacturing Facility）项目。计划在 2015 年，再给 ISS 发送一个使用 3D 打印技术的生产设备（First Machine Hardware Store In Space），并提供商业使用。
3）SpaceX 公司
关于 SpaceX 公司对于 3D 打印技术的应用，基本上都囊括在了这篇文章（SpaceX Launches 3D-Printed Part to Space, Creates Printed Engine Chamber）之中。
在 2014 年 1 月 6 日，SpaceX 发射了一枚猎鹰 9 号火箭，这枚火箭其中一台 Merlin 1D 引擎有一个 3D 打印制造的主要氧化剂阀门（Main Oxidizer Valve，MOV）。相比传统部件，使用 3D 打印技术制造的部件具有更高的强度、延展性以及断裂强度。3D 打印的 MOV 只花了两天时间来生产，而使用传统浇铸技术生产则需花费数月。
作为龙飞船 2 号的引擎，SpaceX 研制的 SuperDraco 引擎，其腔室完全是使用 Inconel（铬镍铁）合金打印的。
SuperDraco 引擎于 2013 年底进行了点火测试：
相信 SpaceX 未来会继续使用 3D 打印技术进行生产。
2. 3D 打印技术的应用前景
3D 打印技术应用在航天上不超过 3 年，那么这项技术是否有着更广大的应用前景呢？
我的回答是肯定的。
由于地球与太空之间存在的巨大的运输成本，在太空中制造的产品，其与地球上的产品进行竞争是毫无优势可言的。但是，相比从地球上运来的产品，这些在太空中制造的产品在太空市场上显然更具有竞争力。而 3D 打印技术是太空生产的关键性技术，也可能是太空产业化之路的关键所在。
首先，3D 打印技术具有可设计性
只需要通过天地间信息的流通，太空中的 3D 打印设备就能够制造形状各异、功能各异的产品。想当年哈勃太空望远镜刚刚被送上太空的时候，由于镜面制造时产生的误差，其所拍摄的照片十分模糊。当年 NASA 的工程师提出的解决方案是，再进行一次航天飞机发射任务，给哈勃安装一个修正镜，哈勃才能够正常使用。
未来在太空中不可避免地会遇到各种突发的硬件事故，如果一些硬件能够通过 3D 打印技术在轨道上进行现场制造，就能够为这些问题的解决带来更多的便利。
除了解决突发事件，3D 打印技术的可设计性让未来的太空产品充满了可能性。一个充满创意的例子是由 Cosmic Lifestyle 设计的零重力水杯。
这种水杯利用了水的表面张力巧妙地解决了太空失重条件下水四处漂浮的问题，从而让航天员告别水袋使用上水杯，而这种几何形状十分复杂的产品使用 3D 打印技术来制造再合适不过了。
其次，3D 打印所使用的原料可以取自太空
航天的成本居高不下的原因是因为地球庞大的引力势阱，现在 SpaceX 在研究可重复使用火箭技术，以及 ISS 内部先进的循环系统，不就是最大限度地进行可重复使用，以达到降低成本的目的么。
对于 3D 打印而言，其可重复使用性就显得格外突出。3D 打印本身就是一项将原材料化零为整的制造技术，如果在太空中制造的产品出现损坏了，只需要把它融化成原材料再次进行打印就可以了。即使考虑原材料损耗，可重复使用的 3D 打印也比一次性使用要便宜得多。前面提到的太空制造公司同样也在开展 R3DO 项目，旨在研发可重复使用的打印材料。
考虑到未来金属 3D 打印技术的发展趋势，以及相比传统铸造工艺，金属 3D 打印出来的产品性能更好（3D 打印在打印金属材料的时候能达到常规机械加工工艺的性能吗？ – 3D 打印）。未来在太空中进行金属 3D 打印是很有可能的。现在地球轨道附近有那么多报废的卫星，并且太空中没有氧气，所用的材料并不会氧化，因此未来将这些报废的卫星作为原料，进行太空中的金属 3D 打印来生产新的产品是很有前途的。
畅想地再远一点，以后进行月球开发或者小行星开发，进行就地取材（in-situ）生产绝对是至关重要。在 ESA 最近提出的月球开发愿景中就提到，可能会使用以月壤为原料的 3D 打印机器人进行月球基地的搭建，详见下面的预告片：
【ESA】3D 打印出月球基地！
而对于小行星开发，如果 Planetary Resources 公司的小行星采矿计划或者 NASA 提出的小行星开发战略能够顺利实施的话， 3D 打印工厂也有可能以小行星为原料地进行生产，从而形成一条完整的太空产业链。
此外，3D 打印能够在太空中组装大型结构
这一点相比上面两点可能就更为科幻一点了。我们都知道，目前太空中航天器的大小主要限制于其运载器的大小。如果火箭上面级直径太小的话，也就限制了航天器的直径。这同样也是为什么空间可展开技术如此重要的原因。
而对于一些不可展开的空间大型结构，比如说 ISS，就必须通过多次发射加近地轨道组装的形式，像搭积木一样一点一点地建立起来。
如果 3D 打印技术能够在太空中得到广泛应用，并且技术足够成熟的话，直接在太空中使用 3D 打印机器人进行空间大型结构的制造也不是天方夜谭。事实上，已经有国外公司提出了这样的想法。
这家名为 Tethers Unlimited 的公司计划开发一种名为 SpiderFab 的制造系统，直接在太空中打印出大型结构，初期可能只是生产天线、太阳阵、桁架这些东西，如果技术走向成熟也有可能直接打印出航天器、大型空间站的主体结构等等。
总结起来，3D 打印技术刚刚起步，而未来则蕴藏着无限的可能性。3D 打印是一门将人类所想进行具现化的技术，只有创造性的思维才能让这门技术散发出持续的活力。
而 3D 打印技术在太空中的应用更是方兴未艾，不过可以预见，如果太空中的产业链要发展起来，那么其由现在的高成本向低成本逐步转化的趋势是不可阻挡的。3D 打印的可重复性和就地生产等等都能够有效降低在太空中进行生产制造的成本，同时人类也能够享受 3D 打印带来的快速与便捷。
因此，在我看来，在人类向着太空发展的历程中，对 3D 打印技术进行解锁至关重要。如果未来的人类在太空中还用机床冲压、用车床切削、用熔融的金属进行铸造，你不会怀疑是科技树点错了么？→_→
想要了解更多关于太空 3D 打印的资料，可以收藏 http://SPACE.COM 的这个页面 3D Printing in Space ，文章中的很多新闻都是从这里找到的。
此外，如果想要了解更多航天方面的新闻和知识的话，还可以关注最近新开张的星海航纪 – 知乎专栏以及微博上萌萌的 @星际移民中心
参考资料：
[1] World’s First Zero-Gravity 3D Printer Installed on Space Station
[2] Space Station 3-D Printer Builds Ratchet Wrench To Complete First Phas
[3] 1st Parts from 3D Printer in Space About to Get a Close-Up (Video)
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Made_In_Space,_Inc.
[5] Incredible Technology: Spiderlike Robots Could Build Giant Space Structures
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