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太空3D打印有什么大不同？專業(yè)說(shuō)法來(lái)了！
太空3D打印有什么大不同？專業(yè)說(shuō)法來(lái)了！
這幾天，有關(guān)“胖五（長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭）”及其成功搭載升空的我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船的消息刷爆了朋友圈！
5月5日，首飛成功；5月7日消息，在試驗(yàn)船中完成我國(guó)首次太空3D打印；5月8日，成功回收試驗(yàn)船返回艙。
這一個(gè)個(gè)振奮人心的消息，充分體現(xiàn)了我國(guó)在航天科技領(lǐng)域的不斷探索和進(jìn)步。單就我們業(yè)界所熟悉的3D打印來(lái)說(shuō)，其首次成功太空實(shí)驗(yàn)在社會(huì)上引起了廣泛關(guān)注和極大興趣。
為此，小編特別聯(lián)系了中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)特種加工機(jī)床分會(huì)，希望能邀請(qǐng)專業(yè)人士針對(duì)首次太空3D打印進(jìn)行一些點(diǎn)評(píng)。分會(huì)輾轉(zhuǎn)聯(lián)系到了我國(guó)3D打印行業(yè)專家，西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的田小永教授。田教授在增材制造和超材料設(shè)計(jì)與制造方面進(jìn)行了多年研究，針對(duì)意義重大的太空3D打印有一些專業(yè)描述。
這是我國(guó)首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空中開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，探索深空、建設(shè)地外星體基地乃至移民等逐漸提上研究日程，涉及實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在軌居留的物資和生命保障、空間應(yīng)用設(shè)施（衛(wèi)星）的建造、太陽(yáng)系內(nèi)星球探索基地建設(shè)和運(yùn)行，很大程度依賴于如何實(shí)現(xiàn)高效、可靠、低成本的“空間制造”，從而克服現(xiàn)有火箭運(yùn)載方式在載重、體積、成本上對(duì)空間探索活動(dòng)的限制，以獲得深空探索所需的運(yùn)載平臺(tái)、工具與裝備。
空間制造能力對(duì)太空探索具有重要意義，空間3D打印是實(shí)現(xiàn)空間制造的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。隨著新一代載人飛船試驗(yàn)船的成功發(fā)射升空，我國(guó)載人航天與空間站建設(shè)、月球探測(cè)等計(jì)劃又前進(jìn)一步，因而具備“空間制造”能力至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)大尺寸功能構(gòu)件的空間制造、月球資源利用與原位制造，對(duì)我國(guó)空間探索具有十分重要的推動(dòng)作用與戰(zhàn)略意義。
空間制造可直接利用太陽(yáng)能、原材料等空間資源，實(shí)現(xiàn)自我維持；同時(shí)，空間微重力環(huán)境使得原位制造、組裝超大尺寸構(gòu)件成為可能。3D打印技術(shù)是一種采用逐層堆積直接進(jìn)行零件成形的數(shù)字化增材制造工藝，能夠進(jìn)行快速需求響應(yīng)，具有單件小批量定制化快速制造的優(yōu)勢(shì)，較適合空間制造需求。
根據(jù)空間探索對(duì)增材制造技術(shù)的不同需求，空間增材制造技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境可以劃分為空間艙內(nèi)環(huán)境、在軌原位環(huán)境、星球基地環(huán)境等三種環(huán)境約束條件。空間3D打印技術(shù)面臨著空間極端溫差環(huán)境、能源利用、材料來(lái)源與性能等技術(shù)挑戰(zhàn)。
據(jù)相關(guān)資料介紹，3D打印技術(shù)在太空的操作環(huán)境與地球大不相同，技術(shù)難度也不一。在地球上，依靠重力，3D打印機(jī)擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積，一層一層打印出三維物體。而在太空零重力條件下，需要使用以給定速率旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)來(lái)確保材料沉積到位，或者修改3D打印的過(guò)程來(lái)使設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。
這次進(jìn)行的艙內(nèi)復(fù)合材料空間3D打印，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印工藝方法，系統(tǒng)自主完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的樣件打印，實(shí)現(xiàn)了高性能材料功能零件的空間快速制造實(shí)驗(yàn)，這對(duì)研究有效載荷發(fā)射過(guò)程、空間環(huán)境等對(duì)裝備穩(wěn)定性、3D打印過(guò)程、制件微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響規(guī)律，為空間3D打印工藝裝備的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
（供稿：特種加工機(jī)床分會(huì) 責(zé)編：張芳麗）
