在失重环境打印铜银电路：Auburn与NASA展开太空制造实验

        2026年6月，Auburn University(奥本大学)与NASA Marshall Space Flight Center(美国宇航局马歇尔太空飞行中心)的研究团在npj Advanced Manufacturing上发表研究成果，展示了一种全新的增材制造工艺。通过这套工艺，宇航员有望在微重力环境下直接制造导电银、铜结构，为在轨按需生产电子元件打下基础。


以往的试验已经表明，宇航员在轨道上可以利用 3D 打印机制造工具和机械备件。真正棘手的是电子设备，因为许多打印电子的方法依赖液体材料，在失重环境中既难以精确控制流动和沉积，又难以在长期任务中保障系统稳定可靠。
项目背景：从实验室到太空舱
        这项工作由Auburn University的研究人员Masoud Mahjouri-Samani牵头。他同时创立了NanoPrintek，聚焦“干式纳米颗粒制造”相关技术。2022 年，NASA 为这个团队提供了150万美元经费，用于开发并验证一套适合太空环境的电子制造系统。多年积累之后，他们拿出了一个可以真正带上飞行任务的平台，并在微重力飞行中完成了首次系统性测试。
核心技术：Dry-ANM 干式增材纳米制造平台
不用“墨水”的打印方式
研究团队开发的平台被称为“干式增材纳米制造平台”（Dry Additive NanoManufacturing，Dry-ANM）。与常见的金属墨水打印不同，Dry-ANM不依赖预先配好的导电油墨，具体的打印过程如下：
•设备在打印过程中原位生成金属纳米颗粒
•将颗粒精确沉积到基底表面
•随后通过烧结步骤，让这些颗粒彼此连接，形成连续导电结构


△载荷设计与分析示意，包括打印系统布局、安装在机舱内的载荷、操作人员的人机工程布置以及 FEMAP 仿真模型
体积紧凑、功能一体化
这台打印机的体积大致相当于一台小型家用电器，每个边长约60厘米。在这样有限的空间内，系统集成了三大功能：
•颗粒生成
•颗粒输运与打印
•烧结与结构成形
对未来空间站和深空航天器来说，舱内体积异常宝贵，一台设备能同时完成多个环节，会更容易安排上飞行任务。
干式工艺的优势
Dry-ANM在制造过程中原位生成金属纳米颗粒，不使用预制墨水或粉末。设计思路直指液体工艺在太空中的种种限制：
•不涉及自由液面，可减少失重环境下材料乱漂、飞溅等风险
•避免存储、运输液态墨水带来的安全与可靠性问题
•在理论上更适合封闭狭小的航天舱环境使用
微重力飞行测试：50段失重中的打印实验
      团队在一系列持续两天的抛物线飞行中测试了Dry-ANM。每一次抛物线机动会产生约25秒左右的微重力状态。整个试验一共获得50段这样的失重窗口。


△打印机在微重力环境下运行的画面：舱室内绿色区域显示颗粒生成过程，颗粒通过喷嘴输运，并在实时烧结与打印中形成结构

在这些重复的短时间失重阶段中，研究人员一边操作系统、一边观测打印过程，在真实的微重力环境里验证技术可行性。在飞行实验期间，Dry-ANM 成功在微重力下制造出导电金属结构。团队利用系统打印了由银、铜构成的多种图形，包括：简单导电线路、天线结构以及其他具备特定形状的导电图案。这些样品证明，导电金属结构可以通过干式工艺在失重环境中稳定生成。


△Dry-ANM 微重力打印实验任务概览

微重力中的颗粒行为：挑战与调整
      测试过程中的一个重要发现是：在微重力环境下，金属纳米颗粒的行为与地面存在明显差异。颗粒运动、沉积和堆积形态都出现变化，这对打印精度和稳定性产生影响。研究团队在飞行过程中对工艺参数进行了调整，使系统继续输出性能正常的导电结构。论文提到，后续如果进一步优化参数和结构设计，有望进一步提升打印品质和效率。平台此前已经在地面环境里用于多种材料，包括：氧化锌（zinc oxide）、氧化铟锡（indium tin oxide）、若干介电材料，这说明 Dry-ANM 在材料体系上存在一定扩展空间，未来有希望在太空中制造功能更复杂的电子系统，而不局限于简单导线。


△Auburn的Masoud Mahjouri-Samani正在测试一件3D打印电子器件
对未来任务的意义
          这项研究的价值在于为长期任务提供按需制造能力：为特定任务定制传感器、修复受损电子系统。在设备故障时制作替换电路或部件，如果飞船或空间站具备这种能力，任务方可以减少携带庞大备件库存，把一部分更新与维修需求转化为“在轨制造”。对飞出地球轨道的任务，意义更加突出。以飞往火星为例，整个旅程往往以“月”为单位计算，中途补给极其困难。一旦关键电子部件损坏，能够就地制造替组件，会明显提高任务生存空间与安全冗余。
与NASA项目——Artemis计划节奏相呼应
这项研究发布时间与NASA深空探索节奏相当契合：Artemis II在今年已经完成绕月飞行。Artemis III目前计划在2027年实施，目标是迈向更长时间、更远距离的载人探测。
      随着宇航员离地球越来越远，更换和维修设备的难度急剧上升，能够在任务现场直接制造电子元件，会直接影响任务的可靠性与持续时间，从传感器、通信设备到关键航天器系统，都能从中获益。从长期目标来看，在需求出现地点就地制造电子组件始终是太空制造领域追求的方向。Dry-ANM 的实验展示，为达成这个目标提供了一条新的技术路径。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s44334-026-00085-w