资讯·中国完成首次太空中连续纤维增强复合材料的3D打印实验
本文摘要：（由ai生成）
我国成功完成首次太空3D打印，验证了微重力环境下复合材料3D打印技术。此技术对未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造具有重要意义。太空3D打印技术的发展，有望实现航天器零部件的“自给自足”，为空间长期在轨运行、维护、扩建打下基础。
央视网5月7日报道，我国成功完成首次太空3D打印，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。2014年，美国国家航空航天局（NASA）研制了世界上首台太空3D打印机，并在国际空间站完成世界首次太空3D打印，揭开了人类“太空制造”的序幕。据介绍，其使用到的技术是FDM熔融挤出，通过喷头加热，高分子聚合物线材熔化成液态，然后靠机械力从喷头挤出来，层层堆叠成型。而本次中国的碳纤维增强复合材料的连续纤维打印试验的成功，对成型温度的要求更高，打印系统的太空作业难度更大，也更有现实意义。
5月5日18时，长征五号B运载火箭首飞成功。中国科学院表示，本次任务中，由中科院牵头负责的中国载人航天工程空间应用系统，在新一代载人飞船试验船上安排有在轨精细成型实验、材料摩擦行为实验、微重力测量试验等三项科学实(试)验。为未来中国空间站建设运营以及走向更遥远的深空，进行前瞻科学研究和技术验证。
此次在试验船上搭载了一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”，科研人员将这台“3D打印机”安装在了试验船返回舱之中，飞行期间该系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印，并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。 航天科技集团五院529厂复合材料空间3D打印系统负责人祁俊峰：这次打印的对象有两个，一个是蜂窝结构（代表航天器轻量化结构，蜂窝结构可以提供强大的样件刚度），另外一个是CASC标志。
由中国空间技术研究院529厂研制的太空3D打印系统在地面进行试验。中国空间技术研究院供图（陈袁摄）
空3D打印的操作环境与地球大不相同，在地球上依靠重力，3D打印机挤出的加热塑料、金属或其他材料能自然地沉积，一层一层打印出三维物体。而在太空零重力条件下，需要使用以给定速率旋转的离心机来确保材料沉积到位，或者修改3D打印的过程来使设备平稳运行。太空失重环境是立体光刻技术面临的主要挑战之一，普通的打印浆料在失重条件下无法保持稳定形态，会发生爬壁导致液面起伏影响打印质量。中国空间技术研究院指出，此次飞船进入预定轨道后，可以提供较长时间的微重力稳定环境，不仅可以考察材料成型工艺，也可以同时检验打印系统结构机构的可靠度、运动的精度、成型的质量。随返回舱一同返回的3D打印样件能够直观展示微重力对材料、结构机构、控制、成型等影响，其经验和成果更适合推广到舱外和大型结构在轨建设中。连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料，密度低、强度高，开展复合材料空间3D打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造，具有重要意义。为进一步提升制造精度、扩大可用于太空制造的材料谱系，中科院空间应用中心研究团队研制出“在轨精细成型实验装置”，创新地采用立体光刻3D打印技术对金属/陶瓷复合材料进行微米级精度的在轨制造。该团队通过失重飞机进行了数百次微重力环境实验，对浆料进行改进优化，使其从液态变为软物质形态，在失重条件下可抵抗形变，抑制爬壁，在高剪切力作用下又可恢复良好流动性，保证了其在失重环境中打印顺利进行。航天科技集团五院529厂复合材料空间3D打印系统总体副主任工艺师陈怡：在太空完成3D打印，实际上是实现在太空制造的一个能力，我们率先使用的是一种连续纤维增强复合材料，核心就是因为复合材料是咱们航天器的主要承力结构材料，我们希望通过它来带动我们大型航天器在轨的一个制造能力的一个体现。连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料，密度低、强度高，开展复合材料空间3D打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造具有重要意义。太空探索过程中，材料和设备的“补给线”问题是巨大考验，太空3D打印技术的发展，使实现航天器零部件的“自给自足”正在成为可能，为空间长期在轨运行、维护，甚至将来的空间站在轨扩建打下基础。所以各大太空强国都争相开发复合材料太空3D打印的技术和试验，据悉俄罗斯托木斯克理工大学正在研发太空3D打印机。该大学新闻处通报称，首台样机能够在太空运行且直接在国际空间站使用复合材料打印异常坚固和轻巧部件，将在2020年末制造完成。特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络，发布的目的在于传递更多信息及分享，并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。版权归原作者所有，任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议，请第一时间联系我们，我们会及时修改或删除。
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