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国际金属加工网 2018年06月22日

近日笔者了解到,中国科学院空间应用工程与技术中心科研人员在瑞士杜本多夫利用欧洲失重飞机成功完成了国际首次微重力环境下陶瓷材料立体光刻成形技术试验。研究这项实验的中国科学院太空制造技术重点实验室主任王功说:“立体光刻是一种在地面上常用的3D打印工艺,但航天界认为这种工艺不适用于微重力环境。”

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。中国的这两项试验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。

打印国旗

研究人员表明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。研究人员想探索一种工艺用月尘制造出陶瓷模具,再用这些模具将月壤中的金属铸造成金属元部件。

然而,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。中国科学家研发出一种技术,将精细的粉末均匀地混入一种特殊的树脂中,制作成膏体,再通过光刻固化。

技术最具创新,最有价值的部分是研究团队花了两年多时间,研究如何制造这种不会在微重力环境中四处飘散的膏体,这一技术可以用来加工月壤等各种精细粉末。这次制造的陶瓷样品,包括一面半个手掌大小的具浮雕效果的陶瓷国旗,有五角星和“中国”字样,一块六边形结构件和几个立方体,金属样品包括螺丝钉和一个小扳手。

据介绍,本次试验于6月12日开始,截止到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,搭载的两套装置共获得10件陶瓷样品和8件金属样品。

微重力环境下立体光刻制造技术打印的陶瓷样品

实验将测试样品在不同重力条件下的致密度,实验想验证通过这一技术可以制造出平整规则的物体,测试样品质量都很好,说明这种工艺对不同重力的适应性是非常不错的,验证了这种思路是可行的。

中国这一新技术有望在未来实现半导体、生物支架、光学部件、微机电系统等产品在太空探索任务中的原位快速制造,也为月尘月壤等月球资源的就位利用提供了新技术途径,将在太空制造领域产生深远影响。

据了解,中国科学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年牵头开展中国首次“太空3D打印”技术实验后,历经两年多的研究和准备,自主研发了本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,为中国空间站、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。


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