在人類探索太空過(guò)程中，設(shè)備和材料的“補(bǔ)給線問(wèn)題”，一直阻礙著人們飛向更遠(yuǎn)空間。隨著太空3D打印技術(shù)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能。
2014年，世界上首臺(tái)太空3D打印機(jī)抵達(dá)國(guó)際空間站，揭開(kāi)人類“太空制造”的序幕。為進(jìn)一步提升制造精度、擴(kuò)大可用于太空制造的材料譜系，由中科院空間應(yīng)用中心研究團(tuán)隊(duì)研制的“在軌精細(xì)成型實(shí)驗(yàn)裝置”，將創(chuàng)新采用立體光刻3D打印技術(shù)對(duì)金屬/陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行微米級(jí)精度的在軌制造。
2020年5月5日，在首飛成功的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭上，搭載著我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船，船上還搭載了一臺(tái)“3D打印機(jī)”。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)。
據(jù)中科院專家介紹，太空失重環(huán)境是立體光刻技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，普通的打印漿料在失重條件下無(wú)法保持穩(wěn)定形態(tài)，會(huì)發(fā)生爬壁導(dǎo)致液面起伏影響打印。
而此次在試驗(yàn)船上搭載了一臺(tái)我國(guó)自主研制的“復(fù)合材料空間3D打印系統(tǒng)”，科研人員將這臺(tái)“3D打印機(jī)”安裝在了試驗(yàn)船返回艙之中，飛行期間該系統(tǒng)自主完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的樣件打印，并驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料3D打印的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。
航天科技集團(tuán)五院529廠復(fù)合材料空間3D打印系統(tǒng)負(fù)責(zé)人 祁俊峰：這是打印機(jī)本體，下面是供配電和控制區(qū)，我們開(kāi)了個(gè)窗口，艙內(nèi)的圖像能實(shí)時(shí)（傳）回來(lái)。這次打印的對(duì)象有兩個(gè)，一個(gè)是蜂窩結(jié)構(gòu)（代表航天器輕量化結(jié)構(gòu)），另外一個(gè)是CASC標(biāo)志。
據(jù)了解，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航天器結(jié)構(gòu)的主要材料，密度低、強(qiáng)度高，開(kāi)展復(fù)合材料空間3D打印技術(shù)研究，對(duì)于未來(lái)空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造，具有重要意義。
航天科技集團(tuán)五院529廠復(fù)合材料空間3D打印系統(tǒng)負(fù)責(zé)人 祁俊峰：第一個(gè)目標(biāo)就是要支持空間站的在軌長(zhǎng)期有人照料的運(yùn)行和維護(hù)。第二個(gè)目標(biāo)是支持我們空間站在軌擴(kuò)建。
最終，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)中外失重飛機(jī)，先后進(jìn)行數(shù)百次微重力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，對(duì)漿料在失重條件下的流變行為及內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行分析，利用化學(xué)及物理方法對(duì)漿料進(jìn)行優(yōu)化使其從液態(tài)變?yōu)檐浳镔|(zhì)形態(tài)，軟物質(zhì)特有的屈服應(yīng)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(fù)良好的流動(dòng)性，保證打印順利進(jìn)行。
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