科学家开发出可在国际空间站上使用的3D打印冰柜
近日，据美国宇航局（NASA）称，阿拉巴马大学伯明翰分校（UAB）的生物物理科学与工程中心（CBSE）利用3D打印技术制造出定制的冰箱部件，以方便与国际空间站（ISS）合作实验的运输与处理。
据CBSE的机械工程师Daniel Sealy称，CBSE开始只是作为一家“生物蛋白质晶体生长工程单位”。“后来我们逐渐参与设计和制造蛋白质园（protein grove）的储存和温度控制单元。慢慢地，我们进一步发展为制造孵化器和温度可低至-20oC的冰柜。当前最新的Polar冰柜最低温度有-95℃，而我们下一步要推出的Glacier冰柜最低能够达到-160℃。”
这里说的Polar是CBSE为NASA乘员与热系统分部（CTSD）开发的单门-80℃冰柜。它能够在多种航天器中使用，其中包括SpaceX公司的龙飞船太空仓、天鹅座（Cygnus）飞船加压货物模组和国际空间站（ISS）的快速后勤仓（EXPRESS）。此外它还能搭载HTV飞船或者ATV飞船进行运输。
Polar的主要功能是运输和并同时在国际空间站期间为种类广泛的科学样品提供-80℃冷冻和储存支持。它的首次飞行发生今年的一月份，是搭载SpaceX公司的CRS-5龙飞船。目前国际空间站上有三个在用的Polar冰柜，里面有14个未来可用的储藏单位。众所周知，国际空间站上的空间是有限的，为了优化其内部贮存能量和外部尺寸，简单地说，就是让冰柜的整体尺寸尽可能地小而内部的贮存空间尽可能地大，来自UAB CBSE的工程师和科学家们转向了3D打印。
开发团队在使用热成型和PEEK机加工等方式进行了几次失败的尝试之后，开始讨论把3D打印作为可能的解决方案。在此之前，该团队已经在使用Stratasys公司的工业级熔融沉积成型（FDM）3D打印技术来制造管道。“我们讨论了使用3D打印技术制造内壳是否可行。”Sealy解释说，“起初，我们想继续类似热成型的做法，即多个部件分别打印之后再接合在一起。但经过研究之后，我们意识到如果有一台足够大的3D打印机我们可以把整个内壳作为一个单一的整体一次打印出来。这就是我们现在的情况。可为了达到这一步我们中间经历了很多，比如学习如何针对3D打印进行设计、什么类型的几何外形效果最好等等。但最终的效果非常好。”
Sealy和他的团队使用了超强、阻燃和耐化学腐蚀的ULTEM 9085材料，这是由沙特SABIC集团开发的、主要用在高性能Stratasys Fortus 3D打印机上的强大聚合物。它的熔融温度远高于300℃，而且能够在极端寒冷的环境中使用。
“由于它并不是一个结构性的关键装置，我们只进行了最低限度的检测。”Sealy说，“但是在抵达空间站的旅程中，它必须能够经受得住火箭的震动。”Sealy和他的团队就对ULTEM 9085材料进行了3点弯曲试验、冷冻它，并模拟它可能会经受到的应力。“我们让它从一定的高度降落、弯曲它，看它是否会碎裂或折断。当第一台样品制造出来后 ，我们模拟火箭发射时的情形对它进行了振动测试，以验证ULTEM 9085材料和整个设计是否会有问题。测试的结果很好，没有任何问题。”
Polar冰柜将容纳的科学样品大部分是一些生物材料，比如血液、尿液，以及组织细胞等。科学家们主要通过它们来观测在空间站上随着时间的推移，零重力对于人体细胞的影响。同时在一些其它实验上也会用到这些生物材料。
CBSE下一个为太空站开发的冰柜是Glacier，它的可用温度会更低（-160℃）。这将需要对ULTEM材料的耐低温性进行进一步的测试，但毫无疑问，3D打印肯定也会派上用场。
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