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來自未來的神奇盔甲,NASA 利用4D列印技術編造出太空金屬織物

來自未來的神奇盔甲,NASA 利用4D列印技術編造出太空金屬織物

在太空飛行的過程中,航天器載重量的增加是一個特別棘手的問題,僅僅是飛出大氣層就需要多級火箭的逐級助力,而最後被送入太空的有效載荷可能連火箭總重量的十分之一都沒有,這也就導致了發射報價居高不下,一公斤貨物的發射價格普遍都會超過一萬美元。

而為了節約成本,工程師們就儘可能的將有效載荷的重量降至最低。此前,美國國家航空航天局(NASA)就試驗過一種可充氣的太空艙,依靠內部的支架可以將其改裝成任意的結構。而現在,NASA噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)又發明了一種三合一功能的可摺疊金屬編織材料,將會進一步提升太空運輸的效率。

在過去近兩年時間裡,噴氣推進實驗室的研究人員一直在致力於這種太空金屬織物的研發,它是由相互嵌合的不鏽鋼方塊製成。但這種看起來像鎖子甲的織物又不同於舊時的盔甲,它不是通過焊接而是通過3D列印將不鏽鋼擠壓成連續的織狀物。

同時,該金屬織物的正反兩面也都具有不同特性,正面是一列列平整的方塊,有著金屬的光澤,用來反射熱和光。背面是一系列互相嵌合的圓環,幫助織物吸收熱量。兩面結合在一起使得該材料像一個超強的盾牌,足以保護宇航員和航天器免受太空垃圾的致命傷害。

但如果僅僅提到上述的幾項功能,彷彿還不足以體現這種新材料的獨特之處,畢竟NASA的太空飛船上的外部塗層早就已經做到反射光照、吸收熱量以及保護船體了。 但到現在為止,NASA還沒有同時具備這三種功能的材料。噴氣推進實驗室的系統工程師Raul Polit Casillas表示:「我們想看看一種普通的材料能否通過結構的優化來發揮更大的作用。」

圖 | 噴氣推進實驗室的系統工程師Raul Polit Casillas

而NASA之所以能夠賦予一種材料如此多的特性,重點還在於一種名為4D列印的技術,它是由麻省理工學院(MIT)研究員Skylar Tibbits在幾年前所開創的一種技術,是利用3D印表機將不同的材料和結構逐層堆砌成一個單一的設計,但與3D列印不同的是,4D列印不僅可以逐層添加材料,還可以在列印的過程中將應有的功能添加進去。而由該技術製成的材料往往具有自動變形和自動組合的特點。

而利用4D列印技術,工程師可以讓一塊金屬在特定的溫度展開,或者讓塑料在某些環境條件下膨脹或收縮,也可以讓NASA的太空織物具有的柔性的幾何形狀,使其可以反射熱量。Polit Casillas說。「如果二十世紀的製造業是大規模生產驅動的,那麼二十一世紀的製造業就是由多功能的生產主導的。」

由於太空金屬織物的可摺疊屬性,使得它成為了太空中不可或缺的一種材料。Polit Casillas表示,航天員完全可以在太空中自行列印這種材料,並用它來進行零部件的替換。除此以外,像在木衛二的探測以及航天員和飛船的保護中,它都可以派上用場。

圖 | 木衛二上被科學家們認為可能會有生命存在

不過,NASA對於4D列印的利用仍處於探索階段,Polit Casillas預計他的團隊將最終開發出更多具有高級功能的材料。 預計很快就會有能夠導電且改變形狀的織物。 他說,重點是 「要在較少的材料上集成儘可能多的科技元素」。雖然傳統的觀點認為多功能複合的方法並不能打造出最好的產品,不過,隨著技術的演化,這一觀點也應該有所改變了。

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