當前位置： 中國研發(fā)太空制造技術(shù) 實(shí)現世界首次微重力陶瓷3D打印
發(fā)布時(shí)間：2018-7-18 作為地球上最早發(fā)明陶瓷的文明之一,中國正在研發(fā)能夠在太空制造陶瓷的技術(shù)。它最令人激動(dòng)的應用是到月球、火星或其他星球上去建造基地,當然你也可以利用這一技術(shù)將月塵做成茶壺茶碗,為自己泡一杯茶。
近日,中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)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(huán)境下陶瓷材料立體光刻成形技術(shù)試驗。
領(lǐng)導這項實(shí)驗的中國科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室主任王功說(shuō):“立體光刻是一種在地面上常用的3D打印工藝,但以往航天界認為這種工藝不適用于微重力環(huán)境?！?br />中國科學(xué)家同時(shí)還利用3D打印的陶瓷模具完成了首次微重力環(huán)境下金屬材料鑄造技術(shù)試驗。
王功說(shuō),這兩項試驗的目的是為了將來(lái)能夠在空間站快速制造出零部件;在太空直接組建大型望遠鏡或其他科學(xué)儀器;更長(cháng)遠的目標是為了開(kāi)展月球、火星等深空探索。
他說(shuō):“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(tài)與我們平時(shí)制作陶瓷的原料形態(tài)類(lèi)似。月壤內還含有鈦、鋁、鐵等金屬?！?br /> “我們想探索一種工藝用月塵制造出陶瓷模具,再用這些模具將月壤中的金屬鑄造成金屬元部件?！?br /> 然而,微重力環(huán)境下粉末材料難以在制造過(guò)程中得到有效控制,國際上普遍采用絲狀材料作為太空制造的主要材料形態(tài),但該種方式的一次成型精度和表面光潔度較低,實(shí)際應用潛力受限。
中國科學(xué)家研發(fā)出一種技術(shù),將精細的粉末均勻地混入一種特殊的樹(shù)脂中,制作成膏體,再通過(guò)光刻固化。
“我們團隊花了兩年多時(shí)間研究如何制造這種不會(huì )在微重力環(huán)境中四處飄散的膏體,這是我們的技術(shù)最具創(chuàng )新,最有價(jià)值的部分。這一技術(shù)可以用來(lái)加工月壤等各種精細粉末?！蓖豕φf(shuō)。
據介紹,本次試驗于6月12日開(kāi)始,截止到6月13日下午,共進(jìn)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。
他說(shuō),這一新技術(shù)有望在未來(lái)實(shí)現半導體、生物支架、光學(xué)部件、微機電系統等產(chǎn)品在太空探索任務(wù)中的原位快速制造,也為月塵月壤等月球資源的就位利用提供了新技術(shù)途徑,將在太空制造領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。
據介紹,中國科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室是國際上第一個(gè)以先進(jìn)太空制造技術(shù)為研究主題的實(shí)驗室,繼2016年牽頭開(kāi)展中國首次“太空3D打印”技術(shù)實(shí)驗后,歷經(jīng)兩年多的研究和準備,自主研發(fā)了本次任務(wù)所用的納米級類(lèi)固態(tài)陶瓷膏體材料、3D打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(wù)及深空探索等任務(wù)中實(shí)現多種材料的高精度制造奠定了必要技術(shù)基礎。
近日,中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)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(huán)境下陶瓷材料立體光刻成形技術(shù)試驗。
領(lǐng)導這項實(shí)驗的中國科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室主任王功說(shuō):“立體光刻是一種在地面上常用的3D打印工藝,但以往航天界認為這種工藝不適用于微重力環(huán)境?！?br />中國科學(xué)家同時(shí)還利用3D打印的陶瓷模具完成了首次微重力環(huán)境下金屬材料鑄造技術(shù)試驗。
王功說(shuō),這兩項試驗的目的是為了將來(lái)能夠在空間站快速制造出零部件;在太空直接組建大型望遠鏡或其他科學(xué)儀器;更長(cháng)遠的目標是為了開(kāi)展月球、火星等深空探索。
他說(shuō):“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(tài)與我們平時(shí)制作陶瓷的原料形態(tài)類(lèi)似。月壤內還含有鈦、鋁、鐵等金屬?！?br /> “我們想探索一種工藝用月塵制造出陶瓷模具,再用這些模具將月壤中的金屬鑄造成金屬元部件?！?br /> 然而,微重力環(huán)境下粉末材料難以在制造過(guò)程中得到有效控制,國際上普遍采用絲狀材料作為太空制造的主要材料形態(tài),但該種方式的一次成型精度和表面光潔度較低,實(shí)際應用潛力受限。
中國科學(xué)家研發(fā)出一種技術(shù),將精細的粉末均勻地混入一種特殊的樹(shù)脂中,制作成膏體,再通過(guò)光刻固化。
“我們團隊花了兩年多時(shí)間研究如何制造這種不會(huì )在微重力環(huán)境中四處飄散的膏體,這是我們的技術(shù)最具創(chuàng )新,最有價(jià)值的部分。這一技術(shù)可以用來(lái)加工月壤等各種精細粉末?！蓖豕φf(shuō)。
據介紹,本次試驗于6月12日開(kāi)始,截止到6月13日下午,共進(jìn)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。
這次制造的陶瓷樣品,包括一面半個(gè)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(gè)立方體。金屬樣品包括螺絲釘和一個(gè)小扳手。
“我們想驗證通過(guò)這一技術(shù)可以制造出平整規則的物體,我們還將測試樣品在不同重力條件下的致密度?！蓖豕φf(shuō),“我們獲得的樣品質(zhì)量都很好,說(shuō)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?！?br />他說(shuō),這一新技術(shù)有望在未來(lái)實(shí)現半導體、生物支架、光學(xué)部件、微機電系統等產(chǎn)品在太空探索任務(wù)中的原位快速制造,也為月塵月壤等月球資源的就位利用提供了新技術(shù)途徑,將在太空制造領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。
王功說(shuō),目前試驗所使用的設備還需要人來(lái)操作?！拔覀兾磥?lái)的目標是希望可以在無(wú)人或機器人參與的情景下開(kāi)展地外制造工作。但那樣的智能設備會(huì )更加復雜?！?/span>
“美國的馬斯克和他的SpaceX公司目前正在解決如何讓人類(lèi)到達其他星球的問(wèn)題,而我們實(shí)驗室要解決的是如何讓人在其他星球生存下去的問(wèn)題?！蓖豕φf(shuō)。據介紹,中國科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室是國際上第一個(gè)以先進(jìn)太空制造技術(shù)為研究主題的實(shí)驗室,繼2016年牽頭開(kāi)展中國首次“太空3D打印”技術(shù)實(shí)驗后,歷經(jīng)兩年多的研究和準備,自主研發(fā)了本次任務(wù)所用的納米級類(lèi)固態(tài)陶瓷膏體材料、3D打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(wù)及深空探索等任務(wù)中實(shí)現多種材料的高精度制造奠定了必要技術(shù)基礎。
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