Mới đây, Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ NASA vừa đưa chiếc máy in 3D đầu tiên vào không gian. Được chuyên chở lên quỹ đạo bằng tàu vũ trụ vận tải thương mại SpaceX Dragon, chiếc máy in 3D sẽ được lắp đặt trên trạm không gian quốc tế ISS nhằm phục vụ công tác nghiên cứu của các phi hành gia. NASA tin rằng máy in 3D sẽ thay đổi hoàn toàn diện mạo sứ mạng khám phá không gian của con người. Theo đó, nếu được thử nghiệm thành công, sẽ còn nhiều hệ thống in 3D khác sẽ được gởi lên Mặt Trăng, vệ tinh hoặc thậm chí là Sao Hỏa trong tương lai không xa.
Trên thực tế, việc dùng máy in 3D để sản xuất các trang thiết bị trên không gian không phải là một ý tưởng quá mới mẻ. Việc đưa các trang thiết bị chế tạo sẵn từ Trái Đất lên vũ trụ là quá trình hết sức tốn kém và phức tạp. Tuy nhiên, với máy in 3D, người ta chỉ cần đưa nguyên liệu vào không gian và những thiết bị cần thiết sẽ được "in ra" ngay trên quỹ đạo. Hướng tiếp cận này không những kinh tế hơn mà còn có thể xây dựng nên những khối kiến trúc kích thước lớn, phức tạp hơn rất nhiều so với việc làm sẵn dưới Trái Đất. Tuy nhiên, sau nhiều cuộc thử nghiệm khắt khe thì mãi đến bây giờ NASA mới chính thức đưa chiếc máy in 3D đầu tiên lên vũ trụ.
Khác với những hệ thống in 3D được thương mại hóa trên thị trường, cỗ máy in 3D của NASA được hãng công nghệ Made in Space (MiS) chế tạo đặc biệt cho phép có thể hoạt động trong điều kiện trọng lực gần như bằng 0 và dùng phương pháp phun từng lớp vật liệu để có thể tạo ra sản phẩm cuối cùng trong không gian 3 chiều. Nguyên liệu nhựa ABS sẽ được nung nóng ở nhiệt độ từ 225 đến 250 độ C để tạo thành "mực in".
Theo lý thuyết, việc in 3D trong không gian phải đối mặt với rất nhiều trở ngại so với trên Trái Đất. Vấn đề lớn nhất chính là trạng thái không trọng lực sẽ khiến việc tạo hình vật thể gặp rất nhiều khó khăn. Trong quá trình thử nghiệm dưới Trái Đất, MiS đã dùng máy bay phản lực bay theo quỹ đạo parabol để mô phỏng trạng thái không trọng lực ngoài vũ trụ. Bằng phương pháp đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã dùng chính sức căng bề mặt của plastic nóng chảy để giữ các lớp vật liệu in có thể đính lại với nhau. Cuối cùng, những vật thể nhỏ đã có thể được in ra trong thời gian từ 15 đến 20 phút trong điều kiện mô phỏng không trọng lực.
Bên cạnh đó, vấn đề nhiệt độ cũng là một trong những thách thức khi máy in 3D vận hành trên vũ trụ. Nguyên nhân là do quá trình đối lưu (sự trao đổi nhiệt bằng các chuyển động của chất lỏng và chất khí) hầu như không tồn tại trong vũ trụ đòi hỏi hãng phải tìm cách kiểm soát quá trình truyền nhiệt một cách hiệu quả. Đồng thời, một chiếc máy in 3D cũng cần phải đảm bảo không tạo ra chất thải làm ô nhiễm bầu không khí kín trong trạm không gian.
Sau khi hoàn thành lắp đặt tại trạm không gian ISS, cỗ máy trên sẽ tiếp tục trải qua thêm nhiều thử nghiệm trong không gian thật sự với nhiệm vụ là in ra các vật thể nhỏ. Nếu thành công, hệ thống trên sẽ được phóng lớn ra, hỗ trợ in được nhiều vật liệu hơn để có thể chế tạo các vật thể kích thước lớn, bền hơn và thậm chí là những công trình kiến trúc, trang thiết bị ngay trên quỹ đạo trong tương lai.
