3D 列印在航天領域中的應用前景如何？

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佔個坑，開個腦洞回答一下。

先說自己的觀點：
3D列印技術在航天領域中有相當廣泛的應用前景，甚至很可能會成為未來「太空產業化」路上的一項至關重要的技術。

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1. 現階段 3D 列印在航天上的應用

3D 列印開始火熱也就是在最近幾年，所以這項新技術在航天上的應用並不多。不過，NASA 以及國外的一些航天公司已經就 3D 列印技術在航天上的應用展開了初期的嘗試。下面簡要介紹一下：

1）NASA
NASA 一直鼓勵前沿技術在航天中的應用，3D 列印也不例外。在 2014 年 11 月 17 日，第一台太空 3D 印表機在國際空間站上安裝成功。這台 3D 印表機是由 Made In Space 公司製造，由 SpaceX 的龍飛船運往國際空間站（SpaceX CRS-4）。

那麼 ISS 上的首台 3D 印表機表現如何呢？

在完成機器的安裝和調試工作後，NASA 先讓它列印了一個扳手。這個工具的圖紙是由工程師在地面設計完成之後，上傳到 ISS 的 3D 印表機中的。所以理論上來說，只要 ISS 不斷網，任何常用的工具都可以由地面設計好，再命令太空中的 3D 印表機進行製造。

隨後的幾個月內，這台印表機也製造了一些其他的部件。2015 年 2 月，這些在太空中製造的產品同樣搭乘龍飛船順利運回地球，隨後轉送到了 NASA 的馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）進行後續的測試，以驗證在零重力環境下使用 3D 列印技術製造產品的可行性。到目前為止，還沒有測試的後續報道。

2）Made In Space 公司
談到太空 3D 列印，就不可不提到太空製造公司。上面說的 ISS 上的首台 3D 印表機就是由他們製造。這家公司成立於 2010 年，公司總部位於加州山景城，目前員工僅有 22 人。

太空製造公司是首家研究零重力下 3D 列印技術的公司。為了在失重環境下進行測試，他們一共開展了400餘次零重力的拋物線飛行（由 NASA 的 Flight Opportunities Program 進行資助），並向 NASA 驗證了零重力 3D 列印的可行性。

在 ISS 的 3D 列印測試成功之後，太空製造公司也沒閑著，繼續和 NanoRacks | The Operating System of Space 合作，開展了一個AMF（Additive Manufacturing Facility）項目。計劃在 2015 年，再給 ISS 發送一個使用 3D 列印技術的生產設備（First Machine Hardware Store In Space），並提供商業使用。

3）SpaceX 公司
關於 SpaceX 公司對於 3D 列印技術的應用，基本上都囊括在了這篇文章（SpaceX Launches 3D-Printed Part to Space, Creates Printed Engine Chamber）之中。

在 2014 年 1 月 6 日，SpaceX 發射了一枚獵鷹 9 號火箭，這枚火箭其中一台 Merlin 1D 引擎有一個 3D 列印製造的主要氧化劑閥門（Main Oxidizer Valve，MOV）。相比傳統部件，使用 3D 列印技術製造的部件具有更高的強度、延展性以及斷裂強度。3D 列印的 MOV 只花了兩天時間來生產，而使用傳統澆鑄技術生產則需花費數月。

作為龍飛船 2 號的引擎，SpaceX 研製的 SuperDraco 引擎，其腔室完全是使用 Inconel 合金列印的。

SuperDraco 引擎於 2013 年底進行了點火測試：

相信 SpaceX 未來會繼續使用 3D 列印技術進行生產。

2. 3D 列印技術的應用前景

3D 列印技術應用在航天上不超過 3 年，那麼這項技術是否有著更廣大的應用前景呢？

我的回答是肯定的。

由於地球與太空之間存在的巨大的運輸成本，在太空中製造的產品，其與地球上的產品進行競爭是毫無優勢可言的。但是，相比從地球上運來的產品，這些在太空中製造的產品在太空市場上顯然更具有競爭力。而 3D 列印技術是太空生產的關鍵性技術，也可能是太空產業化之路的關鍵所在。

首先，3D 列印技術具有可設計性
只需要通過天地間信息的流通，太空中的 3D 列印設備就能夠製造形狀各異、功能各異的產品。想當年哈勃太空望遠鏡剛剛被送上太空的時候，由於鏡面製造時產生的誤差，其所拍攝的照片十分模糊。當年 NASA 的工程師提出的解決方案是，再進行一次太空梭發射任務，給哈勃安裝一個修正鏡，哈勃才能夠正常使用。

未來在太空中不可避免地會遇到各種突發的硬體事故，如果一些硬體能夠通過 3D 列印技術在軌道上進行現場製造，就能夠為這些問題的解決帶來更多的便利。

除了解決突發事件，3D 列印技術的可設計性讓未來的太空產品充滿了可能性。一個充滿創意的例子是由 Cosmic Lifestyle 設計的零重力水杯。

這種水杯利用了水的表面張力巧妙地解決了太空失重條件下水四處漂浮的問題，從而讓航天員告別水袋使用上水杯，而這種幾何形狀十分複雜的產品使用 3D 列印技術來製造再合適不過了。

其次，3D 列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為地球龐大的引力勢阱，現在 SpaceX 在研究可重複使用火箭技術，以及 ISS 內部先進的循環系統，不就是最大限度地進行可重複使用，以達到降低成本的目的么。

對於 3D 列印而言，其可重複使用性就顯得格外突出。3D 列印本身就是一項將原材料化零為整的製造技術，如果在太空中製造的產品出現損壞了，只需要把它融化成原材料再次進行列印就可以了。即使考慮原材料損耗，可重複使用的 3D 列印也比一次性使用要便宜得多。前面提到的太空製造公司同樣也在開展 R3DO 項目，旨在研發可重複使用的列印材料。

考慮到未來金屬 3D 列印技術的發展趨勢，以及相比傳統鑄造工藝，金屬 3D 列印出來的產品性能更好（3D列印在列印金屬材料的時候能達到常規機械加工工藝的性能嗎？ - 3D 列印）。未來在太空中進行金屬 3D 列印是很有可能的。現在地球軌道附近有那麼多報廢的衛星，並且太空中沒有氧氣，所用的材料並不會氧化，因此未來將這些報廢的衛星作為原料，進行太空中的金屬 3D 列印來生產新的產品是很有前途的。

暢想地再遠一點，以後進行月球開發或者小行星開發，進行就地取材（in-situ）生產絕對是至關重要。在 ESA 最近提出的月球開發願景中就提到，可能會使用以月壤為原料的 3D 印表機器人進行月球基地的搭建，詳見下面的視頻：
【ESA】3D列印出月球基地！

而對於小行星開發，如果 Planetary Resources 公司的小行星採礦計劃或者 NASA 提出的小行星開發戰略能夠順利實施的話， 3D 列印工廠也有可能以小行星為原料地進行生產，從而形成一條完整的太空產業鏈。

此外，3D 列印能夠在太空中組裝大型結構
這一點相比上面兩點可能就更為科幻一點了。我們都知道，目前太空中航天器的大小主要限制於其運載器的大小。如果火箭上面級直徑太小的話，也就限制了航天器的直徑。這同樣也是為什麼空間可展開技術如此重要的原因。

而對於一些不可展開的空間大型結構，比如說 ISS，就必須通過多次發射加近地軌道組裝的形式，像搭積木一樣一點一點地建立起來。

如果 3D 列印技術能夠在太空中得到廣泛應用，並且技術足夠成熟的話，直接在太空中使用 3D 印表機器人進行空間大型結構的製造也不是天方夜譚。事實上，已經有國外公司提出了這樣的想法。
這家名為 Tethers Unlimited 的公司計劃開發一種名為 SpiderFab 的製造系統，直接在太空中列印出大型結構，初期可能只是生產天線、太陽陣、桁架這些東西，如果技術走向成熟也有可能直接列印出航天器、大型空間站的主體結構等等。

總結起來，3D 列印技術剛剛起步，而未來則蘊藏著無限的可能性。3D 列印是一門將人類所想進行具現化的技術，只有創造性的思維才能讓這門技術散發出持續的活力。

而 3D 列印技術在太空中的應用更是方興未艾，不過可以預見，如果太空中的產業鏈要發展起來，那麼其由現在的高成本向低成本逐步轉化的趨勢是不可阻擋的。3D 列印的可重複性和就地生產等等都能夠有效降低在太空中進行生產製造的成本，同時人類也能夠享受 3D 列印帶來的快速與便捷。

因此，在我看來，在人類向著太空發展的歷程中，對 3D 列印技術進行解鎖至關重要。如果未來的人類在太空中還用機床衝壓、用車床切削、用熔融的金屬進行鑄造，你不會懷疑是科技樹點錯了么？→_→

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想要了解更多關於太空 3D 列印的資料，可以收藏 http://SPACE.COM 的這個頁面 3D Printing in Space ，文章中的很多新聞都是從這裡找到的。

此外，如果想要了解更多航天方面的新聞和知識的話，還可以關注最近新開張的

星海航紀 - 知乎專欄

以及微博上萌萌的 @星際移民中心（Sina Visitor System），會搬運一些有意思的航天新聞。

參考資料：
[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

3D列印應用於航天是一種必然的趨勢

3D列印快速成型，高精準度的定義註定要走上一條科技大道，在資金支持的條件下，很大程度上會從製造業開始，尤其是航天、火箭類的急需高精度的配件。

當然現在有幾個條件限制

材料限制：應用於航天的材料有一定的要求，而3D列印能否列印材料是未知的，這受限於技術

（鈦合金激光直接成型等技術在航空航天的應用進展）這是一個介紹鈦合金在航天上的應用，據說有了一定的進展

技術限制：3D列印技術理論上可以設計各類型配件，理論是想像，實踐起來很很難，尤其是建立模型，要精細化於很細很細

其實3D列印在中國航空製造業已經被應用來列印鈦合金骨架了，列印鈦合金構件成本可能還要更低，畢竟鈦合金機械加工難度很大，銑削耗刀具，鍛壓又要大型鍛壓機，列印可以節省很多材料，但是結構強度可能有點問題

太貴，用不起。問前景，那肯定是有啊。

SpaceX那個也是打發動機那種昂貴部件，就這還是在單子多產量有保證的情況下，算是有益的嘗試吧。但是一發獵鷹9十台發動機，甲方擔心不讓用3D列印技術，談了又談了才兩三台用到。

3D列印的優勢在於複雜構型的生成，不像工業創意那些東西，航天的東西領導保成功，可靠第一位，其他懶得談。除了一些蜂窩新構型，難加工的機械新部件，絕大多數地方用不到的。
隨著技術改進成熟加上工程驗證可靠了，也會有發展到在航天上廣泛應用的一天，價格降到夠本也是一個。
感覺有國家大力撥款加上研究單位改革體制才能煥發活力，也是一種「美麗的均衡」，不然保證任務就好，慢慢發展唄被體制外落的更遠，國家拿大錢去救經濟了，航天給錢實在也謹慎。

當然，容易拿大項目的單位除外。
有錢玩，有錢研究～

設計問題隨便到一個網站上都可以解決的，而且e鍵列印上不也是可以實現金屬列印了嗎？建模更不是問題了哦！材料現在也不算是很貴，多在大家可以接受的防範，所以還是很好的

列印個戴森球什麼的

應該說有很大概率會成為未來一段時間航天結構件產品的主要生產方式，因為3D列印正好符合小批量試生產的要求。

其實國內很多相關單位已經在用了，而且和高票答主答案里用的是同一家設備。

只要解決材料的打散和重構問題，3d列印可以打出世界hhhhh

目前沒有被人們廣泛的認可，不過在未來幾年的某個領域中會有較好的發展前景，航天領域也會是其一。

　　3D列印逐漸從雲端走進人們的日常生活，在醫學、航空、建築等領域均有所突破，隨之而來的是效率的大幅提升和經濟成本的大幅下降。

從雲端走向現實，醫療航空細分市場成型

　
　3D列印不僅正在改變著人們的生活，更是《中國製造2025》的核心，一系列的政策利好，正對3D列印行業不斷催化。隨著3D列印技術的不斷成熟，市場
規模也越來越大。世界3D列印技術產業聯盟首席執行官羅軍預計，到2020年全球3D列印產值有望突破300億美元，而中國有望突破60億美元。國金證券
也表示，單是2015年我國3D列印行業產值就有望達到80億~100億元人民幣。

　　在巨大的市場空間中，德勤數據顯示，細分領域的醫療產業約佔據了3D列印市場15%的市場份額，還有一些高複雜度的部件（例如特殊航空零件渦輪葉片）更適合用3D的方式列印出來，而且技術也逐漸成熟，並已經得到應用。

眾說紛紜，個人支持排名第一的答案，說的很好

別逗了