在8000米高空做3D打印,，這支青年團隊開創(chuàng)了世界第一,！

來源：共青團新聞聯播

中國科學院太空制造技術重點實驗室，這里有一支平均年齡為33歲的青年科研隊伍,。他們將中國制造瞄向太空,，在國際太空制造領域擁有自己的一席之地。

奮戰(zhàn)七余載

他們探尋微重力環(huán)境下

3D打印的密碼

他們要將中國制造搬到太空

期待未來在太空辦廠

讓中國制造領路全球

星辰大海

他們來了

△2020年5月,，在載人飛船試驗船上,，在軌開展了陶瓷軟物質材料精密太空制造技術驗證

2020年5月，在由長征5號B運載火箭搭載發(fā)射的中國新一代載人飛船試驗船上,，進行了一項特殊的實驗——由立體光刻3D打印機進行陶瓷,、金屬復合材料的微米級精度在軌制造。

這是國際上第一次在太空進行該類試驗,。

在試驗持續(xù)的兩三個小時里,，中國科學院空間應用工程與技術中心研究員、太空制造技術重點實驗室主任王功和同事們無比激動,。

從2014年以來,，中國太空制造試驗從地面走向太空，這不僅是空間距離上的一大步,，更是我國太空制造領域前進中的關鍵一步,。

△這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊伍

什么是太空制造？為什么進行太空制造,？在王功看來,，后勤補給資源是長期太空探索任務成功的重要保證，目前主要是通過發(fā)射運載火箭和貨運飛船向空間站進行補給,，不僅周期長,，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的一次革命性進展,。”王功表示,，太空制造技術是一項對未來航天探索任務具有革命性影響的戰(zhàn)略性技術,，是人類擺脫對地球資源補給依賴，探索更深遠宇宙空間所必須掌握的關鍵技術之一,。

雖然太空制造在空間站在軌應急維修保障,、大型空間載荷在軌部署等方面具有很強的現實意義,，但與地面環(huán)境相比，太空的長時微重力,、強輻射,、高真空、交變冷熱循環(huán)等環(huán)境也給太空制造技術帶來了新的挑戰(zhàn),，對于太空制造裝備,，也需要滿足高精度、低功耗,、小型化,、智能化等苛刻的技術要求。

2014年,，我國成立科研團隊開始太空制造研究,。2017年底，中國科學院太空制造技術重點實驗室正式成立,，這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊伍,。

其實，在國際上,，開展太空制造技術研究的時間無非也才10余年時間,。

2014年9月，美國航空航天局在全球第一次將一臺打印機送到國際空間站,，這臺放在手套箱里,、以打印塑料為主的打印機并不大，各項指標都不算先進,，但卻引發(fā)廣泛關注,。

“這是在空間站第一次有了自動化生產的工具�,！蓖豕φf,。

△2016年3月，在法國,，團隊成功進行首次微重力條件下的3D打印試驗

2015年,，王功開始策劃第一次微重力環(huán)境下的3D打印試驗。由于當時我國還沒有建成空間站,，借助中科院與德國宇航局的合作關系,，團隊將試驗挪到了歐洲航天局的失重飛機上。失重飛機在地面上模擬太空環(huán)境的一個重要試驗平臺,。

在8000米高空,，當飛機關閉發(fā)動機，開始一個自由落體的拋物線下降時,，會產生22秒的微重力環(huán)境,。

正是利用31次重復循環(huán)的22秒微重力環(huán)境狀態(tài),，王功團隊不斷測試3D打印效果，打印出“中國科學院”五個字,。

29歲的3D打印機系統設計負責人劉亦飛,，親歷了第一天的失重飛行。他說,，第一次微重力環(huán)境3D打印試驗,，令團隊收獲頗豐，拿到樣品那一刻,，每個人都無比開心,。

“試驗成功了，其實試驗目標并不是要打印多么完美的作品,，而是我想驗證一下微重力環(huán)境對3D打印的影響效果,�,！蓖豕φf,。

△團隊在微重力環(huán)境下打印出“中國科學院”五個字

通過這次試驗，王功發(fā)現熔融沉積技術的兩個缺陷：產品性能有限并且制造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離,。

為此,，在完成首次微重力模擬試驗之后，中科院太空制造實驗室轉向利用立體光刻來進行太空制造的路線,。

“這個原理很簡單,，利用紫外光去觸發(fā)光敏樹脂的光聚合反應來進行固化，有點像女生涂指甲油,，然后在紫外燈下去照射固化,。”王功說,，這是一種被美國航空航天局研究過并被否定了的工藝,。

“原因在于這種工藝的原材料是液體，而在微重力環(huán)境下,，液體漿料受表面張力的影響,，很容易自由飄散，難以控制其穩(wěn)定狀態(tài),，進而無法完成打印過程,。”王功表示,。

△在法國,，團隊在進行微重力環(huán)境下模擬試驗后合影

如何能找到一個方法，來保證液態(tài)材料無法自由流動,？

經過探索,、試驗,，團隊選擇將陶瓷粉末、樹脂溶液和光引發(fā)劑等材料進行混合匹配,，開發(fā)出一種全新的陶瓷膏體材料,。這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時,，可以保持固有形態(tài),，如此一來，在微重力環(huán)境下,，仍然可以保證液體的形態(tài)可控,，進而完成立體光刻的成型工藝。

然而,，就是這樣一項工藝,，團隊前后研發(fā)了兩年。

“將納米級,、亞微米級金屬和陶瓷粉末添加到光敏樹脂溶液里,，相當于把一袋面粉倒入一杯水中，并且還要保持納米顆粒均勻分散,，難度非常大,。”王功說,。

△2018年7月,，在瑞士，團隊首次在微重力環(huán)境下進行陶瓷材料立體光刻制造技術試驗

2018年,，再次在失重飛機上進行試驗時,，立體光刻工藝被證明行得通，團隊將“不可能”變成了“可能”,，這也是中國團隊在太空制造領域首次提出并驗證一個新思路,。

從2015年以來，團隊先后完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗,，從面向陶瓷漿料的立體光刻技術到金屬材料鑄造工藝,、聚合物基復合材料回收與循環(huán)利用，團隊一次次潛心探索,，一次次突破技術難點,。

△2019年10月，團隊在陜西西安閻良中國試飛院開展國內首次自主失重飛行試驗模擬

2019年10月,，在陜西西安閻良,，團隊通過與中國試飛院合作，完成了我國首次自主微重力模擬飛行試驗，這次飛行不論對于中國太空制造,，還是對未來其它太空技術驗證而言,，都是一次零的突破。

如今,，在王功心中,，還有很多技術難題求解答案，“太空制造不僅僅是在太空開展3D打印,，還有很多制造方式正在進行嘗試,。目前都是非常簡單的探索，重要的是以應用需求為導向,，3D打印是解決太空制造的終極手段么,，在我看來，實際上這項技術還有許多需要提高和改進的地方,�,！�

王功坦言，如果太空制造存在小型零部件制造,、大型空間裝置制造及在軌組裝,、地外環(huán)境綜合設施制造等三個階段的話，那么人類目前的技術也只是處于在第一個階段,，盡管如此,，隨著上下行運輸手段的豐富和技術的進步，實現太空辦工廠的愿望并不會太遙遠,。

△團隊在陜西西安閻良