我國成功完成首次太空「3D列印」

2021-08-03T07:55:37.124291+00:00

2020年5月5日18時0分,長征五號B搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,從文昌航天發射場點火升空。約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離進入預定軌道,我國空間站階段的首次飛行任務告捷。


2020年5月5日18時0分,長征五號B搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,從文昌航天發射場點火升空。約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離進入預定軌道,我國空間站階段的首次飛行任務告捷。

據CCTV報導,此次在新一代載人飛船試驗船上還搭載了一台「3D印表機」,這是我國首次太空3D列印實驗,也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強複合材料的3D列印實驗。

1、我國成功完成首次太空「3D列印」

這次列印的對象有兩個,一個是蜂窩結構(代表太空飛行器輕量化結構),另外一個是CASC(中國航天科技集團有限公司)標誌。

科研人員將這台我國自主研製的「複合材料空間3D列印系統」安裝在試驗船返回艙中。飛行期間,該系統自主完成了連續纖維增強複合材料的樣件列印,並驗證了微重力環境下複合材料3D列印的科學實驗目標。

據了解,連續纖維增強複合材料是當前國內外太空飛行器結構的主要材料,密度低、強度高,開展複合材料空間3D列印技術研究,對於未來空間站長期在軌運行、發展空間超大型結構在軌製造,具有重要意義。

據悉,這套複合材料空間3D列印系統出自航天五院529廠。另外,這次長征五號B的任務,還有其他的3D列印任務。

2、中科院空間應用中心的太空3D列印研究

為進一步提升製造精度、擴大可用於太空製造的材料譜系,由中科院空間應用中心研究團隊研製的「在軌精細成型實驗裝置」將創新採用立體光刻3D列印技術對金屬/陶瓷複合材料進行微米級精度的在軌製造。

太空失重環境是立體光刻技術面臨的主要挑戰之一,普通的列印漿料在失重條件下無法保持穩定形態,會發生爬壁導致液面起伏影響列印;通過國內外失重飛機,先後進行了數百次微重力環境下的實驗,對漿料在失重條件下的流變行為及內在機理進行了分析,利用化學及物理方法對漿料進行優化使其從液態變為軟物質形態,軟物質特有的屈服應力在失重條件下抵抗形變,抑制爬壁,且在較高剪切力作用下其又可以恢復良好的流動性,保證了3D列印順利進行。

據了解,中國科學院太空製造技術重點實驗室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)成立於2017年底,依託中國科學院空間應用工程與技術中心,是一個以「太空製造技術」為研究專題的科研實體。

早在2018年6月13日,中科院太空製造技術重點實驗室(依託單位為空間應用中心)科研人員在瑞士杜本多夫利用歐洲失重飛機圓滿完成了國際首次微重力環境下陶瓷材料立體光刻成形技術試驗和基於陶瓷模具的金屬材料微重力環境下鑄造技術試驗,獲得多個完好的製造樣品及豐富的實驗數據。


3、太空3D列印的作用和優勢

般來說,當國際空間站內缺少某種工具或部件時,太空人們就得花上數周甚至數月等待地面送來物資補給。有了太空3D印表機,技術人員在地球上設定出物品的製造程序(也就是設計模型文件),然後用電子郵件發送至國際空間站,整個過程耗時不到一周;而實際列印時間只有約4小時。無論是美國,還是歐洲,還是俄羅斯,都在太空3D列印領域投入了熱情的研究。

除了時間成本,太空3D列印所節約的運輸成本同樣可觀。空間站、基地或複雜太空飛行器的系統由許多部分組成。儘管在建造時就力求可靠,但仍然面臨著零件損壞、系統升級等問題。如果攜帶大量預製零件進入太空,就會大大增加高昂的發射費用。如採用太空3D列印技術,只需將原材料和輕型印表機帶入太空,從而就地製造所需零部件,最大限度減少發射重量並提高工作效率。未來,當人類能夠從其他星球表面開採原材料時,還能在太空建立「零件工廠」,進一步減輕太空飛行器的發射重量,節約空間。

△配圖:美國NASA國際空間站上的太空3D印表機,使用到的技術是FDM熔融擠出,通過噴頭加熱,高分子聚合物線材熔化成液態,然後靠機械力從噴頭擠出來,層層堆疊成型。圖片來源NASA

2014年,NASA研製的世界上首台太空3D印表機抵達國際空間站,揭開了人類「太空製造」的序幕。

3D列印技術在太空的操作環境與地球大不相同,技術難度也不一。在地球上,依靠重力,3D印表機擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積,一層一層列印出三維物體。而在太空零重力條件下,需要使用以給定速率旋轉的離心機來確保材料沉積到位,或者修改3D列印的過程來使設備平穩運行。不過,原本基於地球的3D列印技術更容易適應有著微重力環境的月球和火星。

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明明34歲卻被認爲44歲...肥胖真的很顯老!

2021-07-23T05:27:52.064694+00:00

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