3D打印發(fā)動機的介紹和可自我復制的3D打印機

　　加拿大卡爾頓大學的研究團隊研發(fā)出一種3D打印機，它可利用月球上發(fā)現(xiàn)的材料進行自我復制。 項目領導者、卡爾頓大學機械與航天工程系副教授亞力克斯·埃勒里（Alex Ellery）表示，這種技術(shù)將來可幫助人類3D打印月球基地，也可在月球上制造衛(wèi)星和太陽護盾，以幫助對抗全球變暖。

　　埃勒里說：“我相信，這種可自我復制的機器將徹底改變太空探索行業(yè)，因為它可有效地繞過昂貴的發(fā)射成本?！?/p>

　　圖：渥太華卡爾頓大學工程團隊創(chuàng)造的3D打印發(fā)動機，這個團隊嘗試利用在月球上發(fā)現(xiàn)的材料制造可自我復制的3D打印機

　　工程師們設想，最初只需向月球上發(fā)射1臺3D打印機，它可以利用月球上的現(xiàn)成材料，大量復制自己。當月球上的3D打印機數(shù)量足夠多時，這個自我復制工廠的重點就會變成制造其他設備和基礎設施，以便滿足人類探索太空的需求。埃勒里說，他與同事們利用與月球上類似資源中提取的材料，已經(jīng)接近完成3D打印全功能電動發(fā)動機的嘗試。

　　埃勒里表示，雖然目前市場上有些3D打印機已經(jīng)可以打印部分自我組裝所需的零部件，但還沒有任何打印機能夠自主打印發(fā)動機和電子產(chǎn)品。他說：“我們最初以RepRap 3D打印機為模本，它可以打印許多自己所需的塑料部件?！边@種打印機是一種開源設備，最初由英國巴斯大學的科學家開發(fā)。但是為了實現(xiàn)完全自我復制，它還需要打印金屬棒、電動馬達以及其他電子元件與軟件，最后進行自我組裝。

　　埃勒里及其團隊正利用塑料和鐵屑混合材料打印發(fā)動機的2個部件、定子以及轉(zhuǎn)子，而需要制造混合材料的類似元素可從月球風化層（即月壤）中提取。

　　圖：早期嘗試利用3D打印技術(shù)在硅塑料基板上打印鋁合金線，卡爾頓大學正開發(fā)這種3D打印機原型

　　月球3D打印機配有機械臂，可以鏟起月壤，并利用所謂的菲涅耳透鏡聚集陽光將其加熱到900攝氏度高溫。這個過程首先可從月壤中清除揮發(fā)性氣體，隨后可將鈦鐵礦分離出來，以便用于提取鐵。埃勒里解釋說：“雖然我們使用聚乳酸塑料打印零部件，但我設想利用硅塑料取代它，后者可利用月球上的揮發(fā)性碳化合物以及月球水制造?！?/p>

　　至于通過3D方式打印發(fā)動機的下一步，研究人員的目標是將鋁卷打印到聚乳酸塑料基板上以取代發(fā)電機的線圈，因為后者可使用常規(guī)材料打印。在月球上，鋁可以取代鐵鎳鈷合金，而塑料可被陶瓷基板取代，后者可通過融化月壤獲得。

　　埃勒里說：“通過將鋁卷打印到塑料基板上產(chǎn)生的磁場實際上非常弱，為此我們還需要找到其他方法，以便增加更多層次，進而增加通過它們的電流量。但是最終，我們要做的是將它們整合到發(fā)動機中，以便利用3D打印技術(shù)制造出完整的核心?！?/p>

　　埃勒里相信，他可以在幾個月內(nèi)制造出3D打印的全功能發(fā)動機。完全自我復制機器的另一個先決條件——電子元件，可能需要更長時間來解決。他說：“我們正研究真空管，因為在月球上建造固態(tài)電子元件幾乎是不可能的。如果你使用真空管，唯一需要的材料就是鎳、鎢以及玻璃，它們都可以在月球上提取?！?/p>

　　埃勒里表示，自我復制機器可能使用神經(jīng)網(wǎng)絡（即模仿人類大腦的計算機系統(tǒng)模型），因為與傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)相比，它體型更小，使用3D打印更容易。卡爾頓大學研發(fā)團隊已經(jīng)開發(fā)出試驗性神經(jīng)網(wǎng)絡，并利用其控制小型登陸車。埃勒里稱：“當發(fā)動機和電子控制器被打印出來后，我們就可以打印任何機器人，包括3D打印機本身，還有銑床、鉆頭、車床以及挖掘機等。如果你擁有可自我復制的機器，你就可以在月球表面建造起巨大的生產(chǎn)設施?！?/p>

　　這樣的機器可以幫助建立月球基地，以迎接進入太空的宇航員。它還可以用來建造便宜的空基太陽能發(fā)電站，配備有太陽能電池板的衛(wèi)星可以將陽光轉(zhuǎn)化為能源，然后將其發(fā)送給地球。人類也可以建造太空盾保護地球，使其免受太陽輻射影響，這可能幫助對抗全球變暖