【3d打印】3d打印技术助力太空制造

    3d打印技术助力太空制造

作为地球上最早发明陶瓷的文明之一，中国正在研发能够在太空制造陶瓷的技术。它最令人激动的应用是到月球、火星或其他星球上去建造基地，当然你也可以利用这一技术将月尘做成茶壶茶碗，为自己泡一杯茶。

在人类探索太空过程中，设备和材料的“补给线问题”，一直阻碍着人们飞向更远空间。随着3d打印技术快速发展，实现航天器零部件的“自给自足”正在成为可能。

美国科研人员利用失重飞机测试太空3d打印机。/美国航天局网站发

上个月，中国科学院空间应用工程与技术中心科研人员在瑞士杜本多夫利用欧洲失重飞机成功完成了国际首次微重力环境下陶瓷材料立体光刻成形技术试验。

探索就地取材制造模具的新工艺

领导这项实验的中国科学院太空制造技术重点实验室主任王功说：“立体光刻是一种在地面上常用的3d打印工艺，但以往航天界认为这种工艺不适用于微重力环境。”

中国科学家同时还利用3d打印的陶瓷模具完成了首次微重力环境下金属材料铸造技术试验。

微重力环境下立体光刻制造技术打印的陶瓷样品。/中科院空间应用工程与技术中心发

王功说，这两项试验的目的是为了将来能够在空间站快速制造出零部件。在太空直接组建大型望远镜或其他科学仪器。更长远的目标是为了开展月球、火星等深空探索。

他说：“月尘的主要成分是纳米级或亚微米级的硅酸盐颗粒，其形态与我们平时制作陶瓷的原料形态类似。月壤内还含有钛、铝、铁等金属。”

“我们想探索一种工艺用月尘制造出陶瓷模具，再用这些模具将月壤中的金属铸造成金属元部件。”

微重力环境下粉末材料难以控制

然而，微重力环境下粉末材料难以在制造过程中得到有效控制，国际上普遍采用丝状材料作为太空制造的主要材料形态，但该种方式的一次成型精度和表面光洁度较低，实际应用潜力受限。

中国科学家研发出一种技术，将精细的粉末均匀地混入一种特殊的树脂中，制作成膏体，再通过光刻固化。

“我们团队花了两年多时间研究如何制造这种不会在微重力环境中四处飘散的膏体，这是我们的技术最具创新、最有价值的部分。这一技术可以用来加工月壤等各种精细粉末。”王功说。

据介绍，本次试验于6月12日开始，截至6月13日下午，共进行了28次微重力、2次月球重力和2次火星重力飞行，搭载的两套装置共获得10件陶瓷样品和8件金属样品。

科研人员在观察金属材料微重力环境下铸造的技术实验样品在地面脱模情况。/中科院空间应用工程与技术中心发

这次制造的陶瓷样品，包括一面半个手掌大小的具浮雕效果的陶瓷国旗，有五角星和“中国”字样，一块六边形结构件和几个立方体。金属样品包括螺丝钉和一个小扳手。

为实现“太空制造”拓宽技术路线

“我们想验证通过这一技术可以制造出平整规则的物体，我们还将测试样品在不同重力条件下的致密度。”王功说，“我们获得的样品质量都很好，说明这种工艺对不同重力的适应性是非常不错的，验证了这种思路是可行的。”

他说，这一新技术有望在未来实现半导体、生物支架、光学部件、微机电系统等产品在太空探索任务中的原位快速制造，也为月尘月壤等月球资源的就位利用提供了新技术途径，将在太空制造领域产生深远影响。

王功说，目前试验所使用的设备还需要人来操作。“我们未来的目标是希望可以在无人或机器人参与的情景下开展地外制造工作。但那样的智能设备会更加复杂。”

“美国的马斯克和他的spacex 公司目前正在解决如何让人类到达其他星球的问题，而我们实验室要解决的是如何让人在其他星球生存下去的问题。”王功说。

在太空发展制造业？

太空3d打印技术在航天智能制造领域的应用潜力巨大

在不久前结束的天津第二届世界智能大会上，有研究人员表示，未来太空3d打印技术在航天智能制造领域的应用潜力巨大。

其实，太空3d打印的理念与传统打印相一致，3d打印就是以模型文件为基础，运用粉末状金属和塑料等可黏合材料，通过逐层打印来构造物体的快速成型技术。传统的3d打印技术包括分层加工、叠加成型、逐层加热等工艺流程。

不过，太空3d打印也不是简单的“搭积木”。3d打印机被送到太空后，航天员通过天地通信接收地面上传的零部件数字化三维模型，经过3d打印机后期软件处理后，才能自动生成具体控制数据和打印操作代码。

打造“太空制造厂”

从2010年开始，美国航天局与美国太空制造公司合作，先后进行了数百次微重力环境下的试验。为支持3d打印技术的发展，美国还于2012年8月专门成立了“国家增材制造创新联盟”。2014年，世界上首台太空3d打印机搭载“龙”飞船抵达国际空间站，先后打印出一系列太空专用零部件，揭开了人类“太空制造”的序幕。

中科院实验团队完成飞行任务后合影留念。/中科院空间应用工程与技术中心发

近年来，太空3d打印技术得到世界各国高度重视。2016年3月，美国航天局将升级版的3d打印机运往国际空间站，在太空环境中实现了更大体积和更高分辨率的打印作业。英国伯明翰大学研制出一台能在零重力环境下运行的金属3d打印机。德国某研究机构也于今年在零重力环境下打印出了金属工具。

助力“太空遨游”

太空3d打印能将功能各异的零部件直接在外太空完成打印。众所周知，空间航天器的大小主要受限于运载器，利用太空3d打印就能搭建太空零部件制造厂，实现“太空制造”。

3d打印技术在航空航天领域体现出极强的应用价值和发展潜力，不仅缩短了航天产品的生产周期，降低了成本，更进一步提高了产品性能。作为一种全新的生产方式，太空3d打印制造的产品可胜任一些传统制造工艺难以完成的工作。诸如某个部件一侧需要耐受高温，另一侧需要具备较高强度等苛刻要求，3d打印都可以大显身手。

此外，太空3d打印技术更可大幅度降低太空飞行对地面的依赖程度。相比于半年一次的太空补给，3d打印只需数小时就能生产出需要更换的零部件，将大幅度提升空间站操控的灵活性和维修效率，降低空间站对地面系统的依赖。

目前，人们已经开始设计太空制造系统，将在太空中直接打印出天线、电池板等零部件和工作生活的必需品。

将太空垃圾“变废为宝”

太空3d打印的出现，将在人类太空之旅中发挥重要作用。

美国国家航空航天局曾设想在太空中直接打印出整枚卫星，由“太空制造厂”生产组装后投放到运行轨道。太空3d打印技术还能为人类登上其他行星制造所需的住所和工具，欧洲航天局正着手探索利用3d打印技术建造月球基地，美国航天局曾专门开展3d打印火星栖息地竞赛活动。

太空3d打印更加神奇之处，是能将太空垃圾“变废为宝”。一旦太空中制造的产品出现损坏，只需将其融化成原材料就可再次重复利用。美国太空制造公司正在开展可重复使用的太空3d打印材料研究。美国国防部高级研究计划局开展的“凤凰”研究项目，旨在通过拆解老旧卫星来清理空间垃圾，并用老旧卫星的零部件重新组装成一个全新的空间设备。未来，太空3d打印还可利用地球轨道上的报废卫星，或直接到行星上就地取材进行“太空制造”。

太空3d打印不仅能打印各类元器件，还可以打印美食。利用太空3d打印机能将各类可食用原材料打印成丰富多样的营养套餐，航天员也可以在太空体验当“厨师”的感觉。

小链接

中国科学院太空制造技术重点实验室是国际上第一个以先进太空制造技术为研究主题的实验室，继2016年牵头开展中国首次“太空3d打印”技术实验后，历经两年多的研究和准备，自主研发了本次任务所用的纳米级类固态陶瓷膏体材料、3d打印陶瓷耐高温模具以及两套试验装备，为中国空间站、在轨服务及深空探索等任务中实现多种材料的高精度制造奠定了必要技术基础。

原标题：3d打印技术助力太空制造

中国实现世界首次微重力陶瓷3d打印，未来有望在空间站制造出零部件

来源 － 新华网、解放军报

文 －佛山日报记者莫丽仪整理

编辑 － 郭瑜芬

3d打印3ddayin相关"3d打印技术助力太空制造"就介绍到这里，如果对于3d打印这方面有更多兴趣请多方了解，谢谢对3d打印3ddayin的支持，对于3d打印技术助力太空制造有建议可以及时向我们反馈。

瓷砖相关 3d打印3d全彩数码3D彩雕打印机喷墨打印3d打印喷墨打印机喷水打印,本资讯的关键词:line制造技术3d打印技术中心零部件太空助力