中国研发太空制造技术实现世界首次微重力陶瓷3D打印

2018-06-20 17:28

小弈编译

作为地球上最早发明陶瓷的文化之一,我国正在研发能够在太空制造陶瓷的技能。

科研人员在观察金属人才微重力环境下铸造的技能试验样品在地面脱模情况。它最令人激动的应用是到月球、火星或其他星球上去建造驻地,当然你也可以使用这一技能将月尘做成茶壶茶碗,为自己泡一杯茶。

此次试验于 6 月 12 日开始,截至 6 月 13 日下午,共进行了 28 次微重力、2 次月球重力和 2 次火星重力飞行,搭载的两套装置分别对陶瓷材料和金属材料进行了预先计划的制造任务,共获得 10 件陶瓷样品和 8 件金属样品。

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记者从中国科学院获悉,该院空间应用工程与技术中心科研人员 6 月 13 日在瑞士杜本多夫,利用欧洲失重飞机成功完成了微重力环境下陶瓷材料立体光刻成形技术试验,这在国际上是首次,同时完成我国首次金属材料微重力环境下铸造技术试验,试验验证了多项微重力环境下高精度制造前沿技术和新型材料,获得多件完好的陶瓷和金属制造样品及丰富的实验数据。

中国科学家同时还利用3D打印的陶瓷模具完成了首次微重力环境下金属材料铸造技术试验。

中科院空间应用中心太空制造技术重点实验室自主研发了类固态陶瓷膏体材料,这是一种可在失重环境中约束精细粉末的新材料形态,具有适应多种微重力条件的流变特性,有望在未来太空探索任务中提供新技术途径,是对太空制造领域具有深远影响的亮点性研究成果。

微重力环境下粉末材料,难以在制造过程中得到有效控制,国际上普遍采用丝状材料,作为太空制造的主要材料形态,但该种方式的一次成型精度和表面光洁度较低,实际应用潜力受限。

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据介绍,中科院太空制造技术重点实验室是国际上第一个以先进太空制造技术为研究主题的实验室,继 2016 年牵头开展我国首次 “ 太空 3D 打印 ” 技术实验后,历经两年多的研究和准备,自主研发了此次任务所用的纳米级类固态陶瓷膏体材料、3D 打印陶瓷耐高温模具以及两套试验装备,为我国空间站、在轨服务及深空探索等任务中实现多种材料的高精度制造奠定了必要技术基础。

“美国的马斯克和他的SpaceX公司目前正在解决如何让人类到达其他星球的问题,而我们实验室要解决的是如何让人在其他星球生存下去的问题。”王功说。

王功说,这两项试验的目的是为了将来能够在空间站快速制造出零部件;在太空直接组建大型望远镜或其他科学仪器;更长远的目标是为了开展月球、火星等深空探索。

他说:“月尘的主要成分是纳米级或亚微米级的硅酸盐颗粒,其形态与我们平时制作陶瓷的原料形态类似。月壤内还含有钛、铝、铁等金属。”

使用该材料可有效保证制造过程中材料形态的稳定,为微重力环境下粉末材料的高精度成型提供了新技术途径,有望在未来实现半导体、光学部件、MEMS(微机电系统)等产品在太空探索任务中的原位快速制造,也为月球资源的就位利用提供了新技术途径。

微重力环境下粉末材料在制造过程中的有效控制是世界难题。

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