火星机器人90%零件竟是桌面级3D打印造？！加州理工深度分享三个月即迭代的研发内幕

导语

桌面级3D打印设备的使用范畴已远超家用和农场主的想象，加州理工学院的研究团队已经用桌面级设备造出了未来能在火星上工作的机器人。
这是正在发生的现实。

本文内容来源于加州理工学院CAST实验室首席研发和创新官Reza Nemovi的深度分享访谈，他同时也是火星直升机项目的核心成员和M4变形机器人的机械工程负责人。

视频有点长，建议读者以阅读文章为主：

通过他的第一手经验分享，我们看到了桌面级3D打印如何在最前沿的航空航天研究中发挥关键作用。

读本文之前，请先简要了解如下机构：

关键机构背景

CAST实验室，全称自主系统与技术中心，是加州理工学院的一个多学科研究实验室。这里汇聚了航空航天、地质学、生物学、机器学习和机械工程等各个领域的专家，共同致力于推进自主系统技术的发展。

实验室的独特之处在于其跨学科协作模式，不同专业背景的研究人员在这里碰撞出创新火花。

JPL喷气推进实验室是NASA管理的联邦研究机构，同时也是加州理工学院的一个部门。作为美国深空探测的核心力量，JPL负责设计、建造和运营许多无人太空任务，包括火星漫游者、火星直升机等标志性项目。

JPL与CAST实验室的紧密合作，为桌面级3D打印技术在太空应用领域的验证提供了严格的标准和实际的应用场景。

Vision Miner是一家专注于高性能3D打印解决方案的公司，特别擅长高温材料的桌面级打印技术。

本文提到的3D打印设备22IDEX设备不做深入探讨，但从视频中，可以看到非常灵活移动的基板。

根据加州理工的说法，他们从第一天开始就为CAST团队提供了全方位的技术指导，特别是在碳纤维PEEK工艺调试方面发挥了关键作用。

从概念到火星，一个实验室的华丽转身

走进加州理工的CAST实验室，你会发现这里并不像传统航空航天实验室那样充满昂贵的大型设备。

相反，十几台桌面3D打印机静静地工作着，它正在制造的零件可能几个月后就会出现在火星表面。

这位首席研发官回忆起增材制造技术引入之前的日子，那简直就是研发人员的噩梦时代。

从概念设计到CAD建模，再到最终制造，整个流程不仅成本高昂，而且一旦零件不合格，就必须回到起点重新开始。

用他的话说，那时候的制造方法简直是残酷的。现在情况彻底不同了。

他们能够在传统方法仅仅20%的时间内将想法变成成熟的原型。这种速度上的飞跃不仅仅是效率的提升，更是整个研究方式的根本性改变。

90%火星机器人竟然都是打印出来的

最让人意外的案例是他们的M4变形机器人。

这个能够在地面行驶又能变形飞行的家伙，90%的结构都来自那台看起来平平无奇的22 IDEX打印机。

每个关节、每个轮子、底盘、电子设备外壳，甚至承载推进器的结构件，统统通过3D打印搞定。

M4机器人需要承受10公斤的推力，在130度的沙漠高温下照常工作，还要具备足够的强度支撑整个机器人的重量。

更厉害的是，这个机器人把驱动马达和产生升力的推进器巧妙地整合在一个轮子里，必须做到既轻又强。

传统的PLA和ABS材料在这种极端条件下会变形甚至融化，但碳纤维PEEK材料的出现彻底解决了这个痛点。

这位负责人特别强调，这些材料在70度时表现还不错，但当机器人跑到沙漠里工作，温度飙升到130度时，普通塑料就开始融化变形，特别是需要承重的轮子部分。

大体积打印，小设备的大能耐

很多人可能想不明白为什么需要尺寸较大的桌面3D打印机。

其实道理很简单，像碳纤维PEEK这样的高级材料确实诱人，但市面上大部分机器根本搞不定大型零件的制造。

22 IDEX的大体积打印能力让团队能够玩出单体结构设计，所有组件都在一个整体里完成装配。

他们的目标很明确：

打印出尽可能少螺丝和装配环节的整体结构。

这样做不仅提高了可靠性，也减少了在极端环境下可能出现的故障点。

从飞行救护车到火星探索的脑洞实现

CAST团队还有个相当科幻的项目—自主飞行救护车。

他们造了一个五分之一比例的模型，配备升降推进器和可折叠翅膀。

这个设计的核心思路是展示如何钻进狭窄空间，比如高速公路上的单车道，在重大交通事故发生时快速响应救援。

通过3D打印他们真的把这个概念变成了现实。

这种能够在紧急情况下快速部署的救援设备，展示了桌面级3D打印在解决现实问题方面的巨大潜力。

从某种程度上说，这些项目都在为一个终极目标做准备：让机器人能够为人类火星探索者提前做好准备工作。

材料选择，从业余到专业的进化之路

在材料选择这件事上，CAST团队走过了一条典型的进化路径。

最开始他们也像普通玩家一样用PLA和ABS，这些材料在家里折腾原型还可以，但一进入科研领域就明显不够看了。

科研项目的要求完全不同，你不能只是打印个零件就说这是某种材料。每个零件都必须经过严格的科学验证，必须能够量化其材料特性，这样同行和JPL（喷气推进实验室）才会买账。

用这位负责人的话说，必须在科学层面上是可量化的。

碳纤维PEEK的引入算是个分水岭。

这种材料不仅机械强度出色，更关键的是它能在极端温度下保持稳定性能。

以前那些材料太脆弱，扛不住高温，而PEEK彻底解决了这个核心问题。

其他CAST选用的材料包括下面展示的四种，本文暂不做过多探讨：

太空级应用，不是说着玩的

可能有人会质疑，桌面机器造出来的零件真能扛得住太空环境？

答案很明确，根据视频说法：CAST团队制造的3D打印零件现在就在国际空间站上正常工作着。

这些零件经历了各种变态测试：真空环境、极端温度循环、机械载荷测试，还有实际的飞行验证。

每个零件都必须证明自己能在最恶劣环境中可靠运行。

火星直升机项目就是最好的证明。

这个JPL和加州理工的合作项目在实验室里搭建了专门的风力发生器，能够模拟火星大气条件。

经过充分地面测试后，火星直升机成功部署到火星，完成了约70次飞行任务，成为真正改变游戏规则的存在。

前面提到的M4机器人更厉害，既是漫游者也是飞行器，代表着下一代火星探索技术的发展方向。

时间就是生命的科研节奏

现代科研环境中，速度往往决定成败。

自从实验室配备了高性能3D打印设备后，加州理工领导层看到了他们的潜力，开始分配更紧迫的任务，要求在更短时间内达到研究里程碑。

过去需要一到两年的项目，现在必须三个月交付。

这种压力虽然巨大，但也逼出了团队的创新潜能。过去两年里，这位负责人参加了五个重大活动，每次都要在三个月内从零开始搞出全新设备。

他很坦诚地说，如果没有3D技术，这样的成就根本不可能实现。

最近他们参加了阿布扎比机器人展和佛罗里达火星会议，每次都是因为3D打印机器人的独特性能而受到特别邀请。

多学科融合的创新生态

前面提到CAST实验室最牛的地方在于它的多学科属性。航空航天、地质学、生物学、机器学习、机械工程等各路专家在这里协同作战。

这种跨领域合作让3D打印技术发挥出了更大价值。

地质学家提出特定取样需求时，机械工程师可以快速设计并打印出相应工具。生物学家需要特殊培养容器时，材料科学家可以马上选择合适的打印材料。

整个过程中，3D打印机成了想法和现实之间的桥梁，让不同领域的专家能够快速验证和完善概念。

这种快速原型能力让科学家们为自己的工作获得更多认可，因为他们能够快速让想法成熟起来。

AM易道认为：桌面级设备正在重新定义制造边界

从加州理工CAST实验室的实践来看，我们正在见证一个重要的转折点。

过去被认为只适合做原型和玩具的桌面级3D打印设备，现在已经能够制造出航空航天级别的功能零件。

这种变化的核心不仅是设备本身的进步，更重要的是材料科学的突破。

碳纤维PEEK、ULTEM等高性能材料的普及，让桌面级设备拥有了过去只有工业级设备才具备的制造能力。

当我们仰望星空思考人类未来时，很难想象这些宏伟目标的实现可能就依赖于十几台安静工作在实验室角落的桌面级3D打印机。

CAST团队的经验告诉我们，技术的边界往往不在于设备的大小，而在于使用者的想象力和材料的可能性。

正如这位创新官所说，3D技术已经成为主要制造方法，而且只会变得更好。

这是个学习曲线，不会一夜之间发生，但只要给它时间，从别人的成功中学习，不轻易放弃，就一定能成功。

从家庭爱好到火星探索，从概念验证到太空应用，桌面级3D打印正在证明自己的无限潜力。

或许下一次当你看到火星传回的图像时，可以想象一下：

那个正在工作的机器人，很可能大部分零件都来自一台你也买得起的3D打印机。

企业合伙人计划：

读者提示：

添加amyidao加入读者交流群（备注加群），

，并与AM易道同频读者共同探讨3D打印的一切

免责声明：AM易道与文中提到公司尚不存在任何形式的商业合作、赞助、雇佣等利益关联。AM易道图片视频来自于网络，仅作为辅助阅读之用途，无商业目的。权归原作者所有，如有任何侵权行为，请权利人及时联系，我们将在第一时间删除。本文图片版权归版权方所有，AM易道水印为自动添加，辅助阅读，不代表对该图片拥有版权，如需使用图片，请自行咨询版权相关方。AM易道文章不构成任何投资建议，AM易道不对因使用本文信息而导致的任何直接或间接损失承担责任。