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我國(guó)科研人員近日利用拋物線飛機(jī)成功進(jìn)行了首次微重力環(huán)境下的3D打印試驗(yàn)。這為未來(lái)把3D打印機(jī)搬上太空、為空間站提供后勤補(bǔ)給等提供了重要的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。
據(jù)介紹，根據(jù)中科院空間應(yīng)用中心與德國(guó)宇航局的雙邊合作協(xié)議，德國(guó)宇航局向中科院太空增材制造技術(shù)試驗(yàn)隊(duì)提供了拋物線飛行試驗(yàn)機(jī)會(huì)。拋物線飛機(jī)可以模擬太空失重，創(chuàng)造每次約22秒的微重力環(huán)境。試驗(yàn)隊(duì)在法國(guó)波爾多進(jìn)行了93次拋物線飛行試驗(yàn)，用自主研發(fā)的設(shè)備和工藝成功打印了目標(biāo)樣品。
試驗(yàn)的技術(shù)負(fù)責(zé)人、中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員王功表示，后勤補(bǔ)給資源是長(zhǎng)期太空探索任務(wù)成功的重要保證，目前主要是通過(guò)發(fā)射運(yùn)載火箭和貨運(yùn)飛船向空間站進(jìn)行補(bǔ)給，不僅周期長(zhǎng)，而且成本昂貴。如果需要的零部件在太空里就能直接制造，將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性進(jìn)展。
“如果通過(guò)3D打印技術(shù)，在太空中把需要配備的零件打印出來(lái)，不僅可以及時(shí)滿足空間維修等需要，還可以制造新的有效載荷，開(kāi)展更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。”王功說(shuō)，“未來(lái)甚至或許可以在其他星球打印板材和石磚等建材來(lái)建造房子。”
“3D打印憑借其高效、靈活的特點(diǎn)有望成為太空制造技術(shù)的重要工藝之一。但由于太空環(huán)境的特殊性，目前地面3D打印技術(shù)難以直接應(yīng)用，需要對(duì)材料、設(shè)備及控制方式進(jìn)行針對(duì)太空特殊環(huán)境的適應(yīng)性改造，同時(shí)需要開(kāi)展大量的試驗(yàn)摸索。”他說(shuō)。
據(jù)介紹，歐美國(guó)家也在研究太空3D技術(shù)。NASA將在軌增材制造技術(shù)視為支持深空探測(cè)任務(wù)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)，為此部署了多項(xiàng)技術(shù)的研究，其中Made in Space公司研制的FDM塑料3D打印機(jī)目前正在國(guó)際空間站試用。
王功表示，雖然我國(guó)太空增材制造技術(shù)研究的起步晚于美國(guó)，但研究更為積極活躍，在理念和技術(shù)上并不落后，此次試驗(yàn)共對(duì)五種材料和兩種制造工藝進(jìn)行了微重力環(huán)境下的驗(yàn)證與探索，其中包含了NASA從未嘗試過(guò)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，獲取了不同材料與工藝在微重力環(huán)境下的特性數(shù)據(jù)。
科院空間應(yīng)用中心副研究員程天錦介紹，目前他們正在同步研究3D打印材料的循環(huán)利用技術(shù)，未來(lái)可以將空間站內(nèi)的部分廢棄物，如航天員的飲水袋等，制備成太空3D打印的原材料。
“本次試驗(yàn)的主要設(shè)備由中科院空間應(yīng)用中心與重慶智能院共同研制。下一步我們將尋求與國(guó)內(nèi)更多優(yōu)勢(shì)技術(shù)單位開(kāi)展聯(lián)合研究，著力提高太空增材制造產(chǎn)品的強(qiáng)度、精度和速度，爭(zhēng)取在近期取得更大的突破。”王功說(shuō)。
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