厲害了 我的國 3D列印技術在微重力下實現突破

近日筆者了解到，中國科學院空間應用工程與技術中心科研人員在瑞士杜本多夫利用歐洲失重飛機成功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。研究這項實驗的中國科學院太空製造技術重點實驗室主任王功說：「立體光刻是一種在地面上常用的３Ｄ列印工藝，但航天界認為這種工藝不適用於微重力環境。」

中國科學家同時還利用３Ｄ列印的陶瓷模具完成了首次微重力環境下金屬材料鑄造技術試驗。中國的這兩項試驗目的是為了將來能夠在空間站快速製造出零部件；在太空直接組建大型望遠鏡或其他科學儀器；更長遠的目標是為了開展月球、火星等深空探索。

列印國旗（圖源：http://www.csu.cas.cn/）

研究人員表明月塵的主要成分是納米級或亞微米級的硅酸鹽顆粒，其形態與我們平時製作陶瓷的原料形態類似。月壤內還含有鈦、鋁、鐵等金屬。研究人員想探索一種工藝用月塵製造出陶瓷模具，再用這些模具將月壤中的金屬鑄造成金屬元部件。

然而，微重力環境下粉末材料難以在製造過程中得到有效控制，國際上普遍採用絲狀材料作為太空製造的主要材料形態，但該種方式的一次成型精度和表面光潔度較低，實際應用潛力受限。中國科學家研發出一種技術，將精細的粉末均勻地混入一種特殊的樹脂中，製作成膏體，再通過光刻固化。

技術最具創新，最有價值的部分是研究團隊花了兩年多時間，研究如何製造這種不會在微重力環境中四處飄散的膏體，這一技術可以用來加工月壤等各種精細粉末。這次製造的陶瓷樣品，包括一面半個手掌大小的具浮雕效果的陶瓷國旗，有五角星和「中國」字樣，一塊六邊形結構件和幾個立方體，金屬樣品包括螺絲釘和一個小扳手。

據介紹，本次試驗於６月１２日開始，截止到６月１３日下午，共進行了２８次微重力、２次月球重力和２次火星重力飛行，搭載的兩套裝置共獲得１０件陶瓷樣品和８件金屬樣品。

微重力環境下立體光刻製造技術列印的陶瓷樣品（圖源：http://www.csu.cas.cn/）

實驗將測試樣品在不同重力條件下的緻密度，實驗想驗證通過這一技術可以製造出平整規則的物體，測試樣品質量都很好，說明這種工藝對不同重力的適應性是非常不錯的，驗證了這種思路是可行的。

中國這一新技術有望在未來實現半導體、生物支架、光學部件、微機電系統等產品在太空探索任務中的原位快速製造，也為月塵月壤等月球資源的就位利用提供了新技術途徑，將在太空製造領域產生深遠影響。

據了解，中國科學院太空製造技術重點實驗室是國際上第一個以先進太空製造技術為研究主題的實驗室，繼２０１６年牽頭開展中國首次「太空３Ｄ列印」技術實驗後，歷經兩年多的研究和準備，自主研發了本次任務所用的納米級類固態陶瓷膏體材料、３Ｄ列印陶瓷耐高溫模具以及兩套試驗裝備，為中國空間站、在軌服務及深空探索等任務中實現多種材料的高精度製造奠定了必要技術基礎。

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