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我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印
金陵 2018-06-20
导语

有望在未来实现半导体、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。

根据新华网,近日,中科院研究团队成功完成了微重力环境下的陶瓷材料立体光刻成形技术。科研人员最新研发的类固态陶瓷膏体材料,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。利用这种新型陶瓷材料,研究团队成功实现了太空失重环境3D打印,为微重力环境下粉末材料的高精度成形制造提供了新的技术途径。 

图:微重力环境下立体光刻制造技术打印的陶瓷样品。来源,中科院空间应用工程与技术中心

类固态陶瓷材料与光固化工艺

具体来说,中科院研究团队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(SLA 陶瓷3D打印),以及微重力环境下金属材料铸造技术试验,为我国空间站、深空探索等任务中实现“太空制造”拓宽了技术路线。

该试验于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。

图:科研人员在观察金属材料微重力环境下铸造的技术实验样品在地面脱模情况。来源,中科院空间应用工程与技术中心 

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,但后者的一次成型精度和表面光洁度较低,实际应用潜力受限。

中科院太空制造技术重点实验室(依托单位为空间应用中心)自主研发的类固态膏体材料,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。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、 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。

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。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。下一步,中科院太空制造技术重点实验室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。

根据领导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,花了两年多时间研究中科院太空制造技术重点实验室如何制造这种不会在微重力环境中四处飘散的膏体,这是此项的技术最具创新,最有价值的部分。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,中科院太空制造技术重点实验室是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,为我国在太空中实现多种材料的高精度制造奠定了必要技术基础。

(以上来源:新华网)

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作者 金陵

本科生

北京大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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