2020年5月，在由長(zhǎng)征5號(hào)B運(yùn)載火箭搭載發(fā)射的中國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船上，進(jìn)行了一項(xiàng)特殊的實(shí)驗(yàn)——由立體光刻3D打印機(jī)進(jìn)行陶瓷、金屬復(fù)合材料的微米級(jí)精度在軌制造。

陶瓷軟物質(zhì)材料精密太空制造技術(shù)-3D打印機(jī)

這是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行該類試驗(yàn)，這是成立于2017年的中國(guó)科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做出的成果，然而這批青年科研隊(duì)伍平均年齡為33歲。從2014年以來，奮戰(zhàn)七余載，他們探尋如何在微重力環(huán)境下進(jìn)行3D打印，將中國(guó)制造搬到太空，這不僅是空間距離上的一大步，更是我國(guó)太空制造領(lǐng)域前進(jìn)中的關(guān)鍵一步。

中國(guó)科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-團(tuán)隊(duì)合影

“如果需要的零部件在太空里就能直接制造，將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性進(jìn)展。”王功表示，他正是中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員、太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。太空制造技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)未來航天探索任務(wù)具有革命性影響的戰(zhàn)略性技術(shù)，是人類擺脫對(duì)地球資源補(bǔ)給依賴，探索更深遠(yuǎn)宇宙空間所必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)之一。

讓我們一起來回顧這只中國(guó)平均年齡只有33歲的青年科研隊(duì)伍是如何走到今天的。

2014年9月，美國(guó)航空航天局在全球第一次將一臺(tái)打印機(jī)送到國(guó)際空間站，也是在這一年我國(guó)成立科研團(tuán)隊(duì)開始太空制造研究。

2015年，王功開始策劃第一次微重力環(huán)境下的3D打印試驗(yàn)。由于當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒有建成空間站，借助中科院與德國(guó)宇航局的合作關(guān)系，團(tuán)隊(duì)將試驗(yàn)挪到了歐洲航天局的失重飛機(jī)上。

經(jīng)過特殊改裝設(shè)計(jì)的FDM3D打印機(jī)

在8000米高空，當(dāng)飛機(jī)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，開始一個(gè)自由落體的拋物線下降時(shí)，會(huì)產(chǎn)生22秒的微重力環(huán)境。正是利用31次重復(fù)循環(huán)的22秒微重力環(huán)境狀態(tài)，王功團(tuán)隊(duì)不斷測(cè)試3D打印效果，打印出“中國(guó)科學(xué)院”五個(gè)字。

通過這次試驗(yàn)，王功發(fā)現(xiàn)熔融沉積技術(shù)的兩個(gè)缺陷：產(chǎn)品性能有限并且制造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離。為此，在完成首次微重力模擬試驗(yàn)之后，中科院太空制造實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向利用立體光刻來進(jìn)行太空制造的路線。

2018年，經(jīng)過探索、試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)選擇將陶瓷粉末、樹脂溶液和光引發(fā)劑等材料進(jìn)行混合匹配，開發(fā)出一種全新的陶瓷膏體材料。這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時(shí)，可以保持固有形態(tài)，如此一來，在微重力環(huán)境下，仍然可以保證液體的形態(tài)可控，進(jìn)而完成立體光刻的成型工藝。

進(jìn)行立體光固化試驗(yàn)的3D打印機(jī)

7月，在瑞士，團(tuán)隊(duì)首次在微重力環(huán)境下進(jìn)行陶瓷材料立體光刻制造技術(shù)試驗(yàn)，后面又在失重飛機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，立體光刻工藝被證明行得通，團(tuán)隊(duì)將“不可能”變成了“可能”，這也是中國(guó)團(tuán)隊(duì)在太空制造領(lǐng)域首次提出并驗(yàn)證一個(gè)新思路。在此之前這個(gè)方案被美國(guó)航空航天局研究過并被否定了。

2019年10月，在陜西西安閻良，團(tuán)隊(duì)通過與中國(guó)試飛院合作，完成了我國(guó)首次自主微重力模擬飛行試驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)首次自主失重飛行試驗(yàn)?zāi)M打印的70周年模型

從2015年以來，團(tuán)隊(duì)先后完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗(yàn)，從面向陶瓷漿料的立體光刻技術(shù)到金屬材料鑄造工藝、聚合物基復(fù)合材料回收與循環(huán)利用，團(tuán)隊(duì)一次次潛心探索，一次次突破技術(shù)難點(diǎn)。

如今，在王功心中，還有很多技術(shù)難題求解答案，“太空制造不僅僅是在太空開展3D打印，還有很多制造方式正在進(jìn)行嘗試。目前都是非常簡(jiǎn)單的探索，重要的是以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，3D打印是解決太空制造的終極手段么，在我看來，實(shí)際上這項(xiàng)技術(shù)還有許多需要提高和改進(jìn)的地方?！?br />

團(tuán)隊(duì)在陜西西安閻良的合影

王功坦言，如果太空制造存在小型零部件制造、大型空間裝置制造及在軌組裝、地外環(huán)境綜合設(shè)施制造等三個(gè)階段的話，那么人類目前的技術(shù)也只是處于在第一個(gè)階段，盡管如此，隨著上下行運(yùn)輸手段的豐富和技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)太空辦工廠的愿望并不會(huì)太遙遠(yuǎn)。

來源：共青團(tuán)新聞聯(lián)播

2020年5月，在由長(zhǎng)征5號(hào)B運(yùn)載火箭搭載發(fā)射的中國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船上，進(jìn)行了一項(xiàng)特殊的實(shí)驗(yàn)——由立體光刻3D打印機(jī)進(jìn)行陶瓷、金屬復(fù)合材料的微米級(jí)精度在軌制造。

陶瓷軟物質(zhì)材料精密太空制造技術(shù)-3D打印機(jī)

這是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行該類試驗(yàn)，這是成立于2017年的中國(guó)科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做出的成果，然而這批青年科研隊(duì)伍平均年齡為33歲。從2014年以來，奮戰(zhàn)七余載，他們探尋如何在微重力環(huán)境下進(jìn)行3D打印，將中國(guó)制造搬到太空，這不僅是空間距離上的一大步，更是我國(guó)太空制造領(lǐng)域前進(jìn)中的關(guān)鍵一步。

中國(guó)科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-團(tuán)隊(duì)合影

“如果需要的零部件在太空里就能直接制造，將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性進(jìn)展。”王功表示，他正是中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員、太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。太空制造技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)未來航天探索任務(wù)具有革命性影響的戰(zhàn)略性技術(shù)，是人類擺脫對(duì)地球資源補(bǔ)給依賴，探索更深遠(yuǎn)宇宙空間所必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)之一。

讓我們一起來回顧這只中國(guó)平均年齡只有33歲的青年科研隊(duì)伍是如何走到今天的。

2014年9月，美國(guó)航空航天局在全球第一次將一臺(tái)打印機(jī)送到國(guó)際空間站，也是在這一年我國(guó)成立科研團(tuán)隊(duì)開始太空制造研究。

2015年，王功開始策劃第一次微重力環(huán)境下的3D打印試驗(yàn)。由于當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒有建成空間站，借助中科院與德國(guó)宇航局的合作關(guān)系，團(tuán)隊(duì)將試驗(yàn)挪到了歐洲航天局的失重飛機(jī)上。

經(jīng)過特殊改裝設(shè)計(jì)的FDM3D打印機(jī)

在8000米高空，當(dāng)飛機(jī)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，開始一個(gè)自由落體的拋物線下降時(shí)，會(huì)產(chǎn)生22秒的微重力環(huán)境。正是利用31次重復(fù)循環(huán)的22秒微重力環(huán)境狀態(tài)，王功團(tuán)隊(duì)不斷測(cè)試3D打印效果，打印出“中國(guó)科學(xué)院”五個(gè)字。

通過這次試驗(yàn)，王功發(fā)現(xiàn)熔融沉積技術(shù)的兩個(gè)缺陷：產(chǎn)品性能有限并且制造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離。為此，在完成首次微重力模擬試驗(yàn)之后，中科院太空制造實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向利用立體光刻來進(jìn)行太空制造的路線。

2018年，經(jīng)過探索、試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)選擇將陶瓷粉末、樹脂溶液和光引發(fā)劑等材料進(jìn)行混合匹配，開發(fā)出一種全新的陶瓷膏體材料。這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時(shí)，可以保持固有形態(tài)，如此一來，在微重力環(huán)境下，仍然可以保證液體的形態(tài)可控，進(jìn)而完成立體光刻的成型工藝。

進(jìn)行立體光固化試驗(yàn)的3D打印機(jī)

7月，在瑞士，團(tuán)隊(duì)首次在微重力環(huán)境下進(jìn)行陶瓷材料立體光刻制造技術(shù)試驗(yàn)，后面又在失重飛機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，立體光刻工藝被證明行得通，團(tuán)隊(duì)將“不可能”變成了“可能”，這也是中國(guó)團(tuán)隊(duì)在太空制造領(lǐng)域首次提出并驗(yàn)證一個(gè)新思路。在此之前這個(gè)方案被美國(guó)航空航天局研究過并被否定了。

2019年10月，在陜西西安閻良，團(tuán)隊(duì)通過與中國(guó)試飛院合作，完成了我國(guó)首次自主微重力模擬飛行試驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)首次自主失重飛行試驗(yàn)?zāi)M打印的70周年模型

從2015年以來，團(tuán)隊(duì)先后完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗(yàn)，從面向陶瓷漿料的立體光刻技術(shù)到金屬材料鑄造工藝、聚合物基復(fù)合材料回收與循環(huán)利用，團(tuán)隊(duì)一次次潛心探索，一次次突破技術(shù)難點(diǎn)。

如今，在王功心中，還有很多技術(shù)難題求解答案，“太空制造不僅僅是在太空開展3D打印，還有很多制造方式正在進(jìn)行嘗試。目前都是非常簡(jiǎn)單的探索，重要的是以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，3D打印是解決太空制造的終極手段么，在我看來，實(shí)際上這項(xiàng)技術(shù)還有許多需要提高和改進(jìn)的地方?！?br />

團(tuán)隊(duì)在陜西西安閻良的合影

王功坦言，如果太空制造存在小型零部件制造、大型空間裝置制造及在軌組裝、地外環(huán)境綜合設(shè)施制造等三個(gè)階段的話，那么人類目前的技術(shù)也只是處于在第一個(gè)階段，盡管如此，隨著上下行運(yùn)輸手段的豐富和技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)太空辦工廠的愿望并不會(huì)太遙遠(yuǎn)。

來源：共青團(tuán)新聞聯(lián)播