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在8000米高空做3D打印这支青年团队创始了世界第一!

用途:

  我国科学院太空制作技能要点实验室,这里有一支平均年龄为33岁的青年科研部队。他们将我国制作瞄向太空,在世界太空制作范畴具有自己的一席之地。

  2020年5月,在载人飞船实验船上,在轨展开了陶瓷软物质资料精细太空制作技能验证

  2020年5月,在由长征5号B运载火箭搭载发射的我国新一代载人飞船实验船上,进行了一项特别的实验——由立体光刻3D打印机进行陶瓷、金属复合资料的微米级精度在轨制作。

  在实验继续的两三个小时里,我国科学院空间运用工程与技能中心研讨员、太空制作技能要点实验室主任王功和搭档们无比激动。

  从2014年以来,我国太空制作实验从地上走向太空,这不仅仅空间间隔上的一大步,更是我国太空制作范畴行进中的要害一步。

  什么是太空制作?为什么进行太空制作?在王功看来,后勤补给资源是长时间太空探究使命成功的重要确保,现在主要是经过发射运载火箭和货运飞船向空间站进行补给,不只周期长,而且本钱贵重。

  “假如需求的零部件在太空里就能直接制作,将是人类太空探究技能的一次革命性发展。”王功表明,太空制作技能是一项对未来航天探究使命具有革命性影响的战略性技能,是人类脱节对地球资源补给依靠,探究更深远宇宙空间所有必要把握的要害技能之一。

  尽管太空制作在空间站在轨应急修理确保、大型空间载荷在轨布置等方面具有很强的现实意义,但与地上环境比较,太空的长时微重力、强辐射、高真空、交变冷热循环等环境也给太空制作技能带来了新的应战,关于太空制作配备,也需求满意高精度、低功耗、小型化、智能化等严苛的技能要求。

  2014年,我国建立科研团队开端太空制作研讨。2017年末,我国科学院太空制作技能要点实验室正式建立,这是一支平均年龄只要33岁的青年科研部队。

  2014年9月,美国航空航天局在全球第一次将一台打印机送到世界空间站,这台放在手套箱里、以打印塑料为主的打印机并不大,各项方针都不算先进,但却引发广泛重视。

  2015年,王功开端策划第一次微重力环境下的3D打印实验。因为其时我国还没有建成空间站,凭借中科院与德国宇航局的协作关系,团队将实验挪到了欧洲航天局的失重飞机上。失重飞机在地上上模仿太空环境的一个重要实验渠道。

  在8000米高空,当飞机封闭发动机,开端一个自在落体的抛物线秒的微重力环境。

  正是运用31次重复循环的22秒微重力环境状况,王功团队不断测验3D打印作用,打印出“我国科学院”五个字。

  29岁的3D打印机体系规划负责人刘亦飞,亲历了第一天的失重飞翔。他说,第一次微重力环境3D打印实验,令团队收成颇丰,拿到样品那一刻,每个人都无比高兴。

  “实验成功了,其实实验方针并不是要打印多么完美的著作,而是我想验证一下微重力环境对3D打印的影响作用。”王功说。

  经过这次实验,王功发现熔融堆积技能的两个缺点:产品功能有限而且制作精度间隔在轨直接安装运用还存在不小间隔。

  为此,在完结初次微重力模仿实验之后,中科院太空制作实验室转向运用立体光刻来进行太空制作的道路。

  “这个原理很简略,运用紫外光去触发光敏树脂的光聚合反应来进行固化,有点像女生涂指甲油,然后在紫外灯下去照耀固化。”王功说,这是一种被美国航空航天局研讨过并被否定了的工艺。

  “原因在于这种工艺的原资料是液体,而在微重力环境下,液体浆料受表面张力的影响,很简略自在飘散,难以操控其安稳状况,从而无法完结打印进程。”王功表明。

  经过探究、实验,团队挑选将陶瓷粉末、树脂溶液和光引发剂等资料进行混合匹配,开宣布一种全新的陶瓷膏体资料。这种资料相似牙膏状,在没有外力时,能够坚持固有形状,如此一来,在微重力环境下,依然能够确保液体的形状可控,从而完建立体光刻的成型工艺。

  “将纳米级、亚微米级金属和陶瓷粉末添加到光敏树脂溶液里,相当于把一袋面粉倒入一杯水中,而且还要坚持纳米颗粒均匀涣散,难度十分大。”王功说。

  2018年7月,在瑞士,团队初次在微重力环境下进行陶瓷资料立体光刻制作技能实验

  2018年,再次在失重飞机上进行实验时,立体光刻工艺被证明行得通,团队将“不或许”变成了“或许”,这也是我国团队在太空制作范畴初次提出并验证一个新思路。

  从2015年以来,团队先后完结了4次面向不同工艺和资料的地上微重力模仿飞翔实验,从面向陶瓷浆料的立体光刻技能到金属资料铸造工艺、聚合物基复合资料收回与循环运用,团队一次次悉心探究,一次次打破技能难点。

  2019年10月,团队在陕西西安阎良我国试飞院展开国内初次自主失重飞翔实验模仿

  2019年10月,在陕西西安阎良,团队经过与我国试飞院协作,完结了我国初次自主微重力模仿飞翔实验,这次飞翔不管关于我国太空制作,仍是对未来其它太空技能验证而言,都是一次零的打破。

  现在,在王功心中,还有许多技能难题求解答案,“太空制作不只仅是在太空展开3D打印,还有许多制作方法正在进行测验。现在都是十分简略的探究,重要的是以运用需求为导向,3D打印是处理太空制作的终极手法么,在我看来,实际上这项技能还有许多需求前进和改善的当地。”

  王功坦言,假如太空制作存在小型零部件制作、大型空间设备制作及在轨拼装、地外环境归纳设备制作等三个阶段的话,那么人类现在的技能也仅仅处于在第一个阶段,尽管如此,跟着上下行运送手法的丰厚和技能的前进,完成太空办工厂的希望并不会太悠远。