增材制造正成为推动在轨服务、装配和制造（ISAM）以及更广泛的在轨运行和制造（ISOM）领域发展的重要力量。
2025年12月4日，南极熊获悉，美国宇航局（NASA）发布的《2025年在轨服务、装配和制造（ISAM）现状报告》指出，增材制造技术已远远超越了早期试验阶段。如今，它们正日趋成熟，成为实现长期任务、基础设施建设、自主维修和大规模太空建造的关键工具。
△星罩是大型可展开结构，有助于在太阳系外行星上寻找生命。ISAM 展示的技术正在为在太空组装天文台奠定基础，使人们能够更深入地探索宇宙，并有可能发现地球以外的生命。由于能够将大型深空望远镜的各个组件分别发射到太空并进行组装，望远镜将不再需要小到足以搭载在单一运载火箭上。
在轨维修、组装和制造正在改变我们建造、维护和保障地球以外航天器和科学平台的方式。诸如机器人加油任务系列、OSAM-1 以及地球同步卫星机器人系统等任务所展示的维修技术，能够为航天器提供加油、维修和升级服务，从而延长使用寿命，即使是那些最初并非为此类工作而设计的卫星也能受益。这些能力支持长期任务，减少对地球供应链的依赖，并确保关键系统在深空环境中的正常运行。
△Madein Space（现为 Redwire）公司早期的Archinaut 系统概念图。
组装技术使得大型结构能够以小型组件的形式发射，并在轨道上通过机器人进行组装，从而克服了火箭整流罩尺寸的限制。这为建造诸如深空栖息地、星罩和大型望远镜等无法装入单枚运载火箭的宏伟结构铺平了道路。OSAM-2、ARMADAS 和TALISMAN 等项目展示了自主远程机器人系统如何在轨道上建造和配置复杂结构。这些进步使得能够建造持久性平台，这些平台可以搭载多种仪器，重新配置以执行新的任务，并提供稳定的观测点，而无需像国际空间站等载人空间站那样受到诸多限制。
太空制造进一步拓展了这些能力，它允许按需利用原材料制造零部件，从而能够快速应对不可预见的挑战，并减少发射备用零件的需求。这包括生产大型整体结构、涂覆保护涂层以及直接在轨道上制造工具。服务、组装和制造共同构成了可持续探索的基石——为NASA的阿尔忒弥斯计划、门户月球空间站以及未来旨在更深入地探索宇宙并可能探测地球以外生命的观测站提供支持。
△MadeIn Space公司的AMF是首台部署到太空的商用3D打印机
增材制造将在轨道上建造结构
增材制造（AM）的作用始于在轨道上直接生产零部件和产品的能力。2014年，首批太空3D打印物品由国际空间站（ISS）上的Made In Space（现为Redwire公司旗下） FDM打印机制造完成，证明了塑料可以在微重力环境下可靠打印。2016年，增材制造设施（AMF）投入使用后，宇航员获得了按需制造工具和小部件的能力。这减少了对地球发射备件的依赖，并能更快地应对意外故障，这对维护工作至关重要。后续的进展，例如Redwire公司的Regolith Print系统和模块化太空铸造厂，表明太空制造正朝着金属乃至本土化资源的方向发展，这一趋势直接支持了远离地球的ISAM任务。
增材制造（AM）在结构制造和装配方面也至关重要，NASA 认为这项能力对于制造无法装入传统发射整流罩的部件至关重要。任务可以发射紧凑的原材料，而不是发射整个大型结构，并在进入轨道后最终依靠增材制造技术来制造桁架、梁和面板。诸如 DARPA 的 NOM4D 项目等，旨在将增材制造与机器人装配相结合，以在太空中建造天线和多米结构。NASA 在焊接领域的悠久历史——包括在天空实验室进行的电子束焊接以及最近在热真空环境下进行的激光焊接测试——为增材制造打印结构提供了互补的连接技术。这种组合使得构建模块化、可重构系统成为可能，这些系统能够随着时间的推移而扩展和适应。
△Redwire的风化层打印系统。
用于地球外零件更换的增材制造
增材制造的另一项重大影响在于回收、再利用和改造方面的作用。2019年安装在国际空间站上的 ReFabricator 旨在将废弃的塑料打印件转化为线材。尽管该系统遇到了一些技术问题，但它代表着向闭环制造迈出的重要一步。后续的演示，例如 Outpost 卫星在轨道上进行的金属摩擦铣削以及模块化空间铸造厂的微重力金属加工测试，都表明在重新利用旧航天器材料方面取得了进展。这种新兴的循环经济模式减少了对地球补给任务的依赖，并为国际空间增材制造 (ISAM) 服务人员提供了可用于制造替换零件、结构元件或装配组件的材料。
增材制造技术的影响也延伸到了行星表面基础设施建设领域。美国宇航局指出，将建筑材料从地球运送到月球或火星对于长期居住而言并不现实，因此就地利用资源至关重要。诸如蓝色起源公司的“蓝色炼金术士”等技术表明，月壤可以转化为太阳能电池和铝线；而美国宇航局和Redwire公司开展的基于月壤的打印项目则表明，可以利用当地材料建造着陆平台、庇护所、道路和居住舱组件。
△ReFabricator于 2019 年安装在国际空间站上，设计目的是将用过的塑料打印件重新转化为线材。
诸如ARMADAS、月球高塔演示项目以及GITAI的月球建造测试等机器人组装系统，将机器人技术与增材制造材料相结合，能够自主组装塔架、通信系统或防护结构。这些能力是未来在月球和火星上开展ISAM和ISOM行动的基础。
适用于可用航天器的增材制造
增材制造（AM）也支持航天器向模块化、可维护方向发展。配备标准化接口的航天器允许机器人代理更换模块、安装升级部件或延长任务寿命。增材制造使这种模式更加灵活：任务规划人员无需在地球上设计所有可能的替换部件，而是可以打印针对质量、强度或机器人操作进行优化的结构。这使得航天器能够在轨道上进行演进，实现任务中期升级，并降低维护任务的复杂性。
最后，增材制造增强了太空自主性。执行维修、装配或修理任务的机器人系统受益于专为机器人操作而设计的组件。增材制造能够制造出便于机械臂抓取、对准或装配的几何形状和特征，从而支持NASA向远程操控和完全自主的航天器维修方向发展。
△蓝色起源公司利用月球风化层模拟物制造了这款可工作的太阳能电池原型。
随着增材制造技术的成熟，机器人将越来越能够打印组件、组装组件、更换磨损的零件，并在极少的人工监督下建造大型结构。
总而言之，增材制造彻底改变了ISAM和ISOM任务的设计思路。任务不再需要运送完全集成的系统，而是可以发射原材料，并按需制造结构件、备件和工具。未来的服务卫星不再需要丢弃过时的卫星，而是可以将其回收利用，制成新的原料。机器人不再需要使用地球上的组件来建造月球基础设施，而是可以利用增材制造技术将月壤转化为功能齐全的栖息地系统。通过这些变革，增材制造降低了成本，提高了韧性，并拓展了任务的可能性，使得人类和机器人能够在太空中长期驻留成为可能，而这在传统制造方法中是无法实现的。
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