中国研发太空制造技术 实现微重力陶瓷3D打印

作为地球上最早发明陶瓷的文明之一，中国正在研发能够在太空制造陶瓷的技术。它最令人激动的应用是到月球、火星或其他星球上去建造基地，当然你也可以利用这一技术将月尘做成茶壶茶碗，为自己泡一杯茶。

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

近日，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。

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说：“立体光刻是一种在地面上常用的３Ｄ打印工艺，但以往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。

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。”

“我们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。

中科院实验团队完成飞行任务后合影留念

“我们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，这是我们的技术最具创新，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。”王功说。

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。

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。

微重力环境下立体光刻制造技术打印的陶瓷样品

“我们想验证通过这一技术可以制造出平整规则的物体，我们还将测试样品在不同重力条件下的致密度。”王功说，“我们获得的样品质量都很好，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。”

他说，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。

王功说，目前试验所使用的设备还需要人来操作。“我们未来的目标是希望可以在无人或机器人参与的情景下开展地外制造工作。但那样的智能设备会更加复杂。”

“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。

据介绍，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。