中科院空間應(yīng)用中心：把3D打印搬上太空

項目負責人在現(xiàn)場介紹太空3D打印試驗方案

3月初,，法國波爾多，93次拋物線飛行試驗,。

試驗中,，中科院太空增材制造技術(shù)試驗隊，利用每次22秒微重力環(huán)境,，用自主研發(fā)的設(shè)備和工藝成功打印了目標樣品,。

此次試驗也是我國首次開展微重力環(huán)境下增材制造（3D打印）技術(shù)試驗驗證,，為未來把3D打印機搬上太空提供了重要的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗,。

拋物線飛機上打印的"中國科學院"

傳統(tǒng)上行補給的局限

后勤補給資源是長期太空探索任務(wù)成功的重要保證，但目前由于技術(shù)局限,，只能通過地面發(fā)射的運載火箭和飛船進行資源運輸,，以滿足太空中的各種需求，不僅周期長,，而且成本昂貴,。在未來人類探索火星等更遠的目的地時，這種資源補給方式是不現(xiàn)實的,。

如果這些零部件在太空里就能直接制造,，這將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性的進展。

“傳統(tǒng)上行補給主要是通過由地面向太空發(fā)射的貨運飛船等運輸方式,，這種方式的弊端就是補給周期較長,，太空里的設(shè)備一旦發(fā)生故障,，如果沒有備件，只能等地面科研人員制造,、下次運輸之后,，再進行維修�,！� 本次試驗的技術(shù)負責人,、中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心王功研究員在接受《中國科學報》記者采訪時表示。

據(jù)了解,，我國空間站將于2020年前后建成,，將在軌運行不少于10年，為維護站內(nèi)設(shè)施的健康運行并支持較大規(guī)模的科學與應(yīng)用研究,，需要持續(xù)進行資源補給,。受在軌貯存空間限制，大多數(shù)資源需要通過貨運飛船上行補給,。而過度依賴上行補給將可能導致空間站設(shè)備長時間處于停機狀態(tài),。

王功說，盡管通常會對太空中發(fā)生的各種狀況提前做好預案,，但歷史表明常常會有預案外的情況發(fā)生,，在發(fā)生緊急狀況時，貨運飛船和運載火箭的準備周期較長,，需等待發(fā)射窗口,，應(yīng)急維修十分困難。哥倫比亞號航天飛機事故調(diào)查報告顯示,，爆炸前航天員已經(jīng)確定了隱患和解決方案,，但因為在軌沒有所需的備件及工具而無法實施。

“如果要為空間探測任務(wù)中各種可能的狀況做充分準備,，就會造成的制造,、物流、發(fā)射以及在軌貯存等方面代價巨大,�,！北敬螔佄锞�飛行試驗系統(tǒng)主管設(shè)計師劉亦飛坦言。資料顯示,，目前國際空間站存放有價值超過10億美金的各類備件及工具,。

另外，目前部署在空間的飛船,、衛(wèi)星和有效載荷均需要經(jīng)歷嚴酷的發(fā)射環(huán)境,，盡管這個大約10分鐘的時長與其在軌壽命相比幾乎可以忽略，但為保證能夠有足夠的強度，常�,！斑^于粗壯”,，實際上很不劃算。

“如果通過3D打印技術(shù),，在太空中把需要配備的零件打印出來,，不僅可以及時維修，還可以制造新的有效載荷,、開展更多的科學實驗,。”當王功提到這項“未來技術(shù)”時,，顯得很激動,。

失重環(huán)境下的試驗隊員

太空制造的技術(shù)

“3D打印技術(shù)主要以數(shù)字化、自動化為主,，不會對航天員帶來過重的工作負荷,。如果3D打印技術(shù)可以搬進空間站里，不僅可以打印維修所需的零件,，甚至可以打印你的專屬衛(wèi)星。未來或許可以在其他星球打印板材和石磚等建材來建造房子,�,！蓖豕Π堰@項技術(shù)的未來想象的十分美好。

除此之外,，未來的3D打印技術(shù)還可在太空中直接制造大型結(jié)構(gòu),，從而為部署創(chuàng)新應(yīng)用項目提供可能。如果不需要考慮發(fā)射環(huán)境的話,，可以制造更精巧,、更精密的產(chǎn)品。

這項技術(shù)理論上是成立的,，太空3D打印機技術(shù)可以根據(jù)空間任務(wù)中實際發(fā)生的狀況按需制造,，無需提前準備和在軌貯存大量的故障發(fā)生概率較低的備件，從而大幅節(jié)約運載資源及在軌貯存空間,。僅需要存放一定量的原材料,，通過太空增材制造和材料循環(huán)利用技術(shù)應(yīng)對多種可能性。

再遙遠的目標也總要邁出第一步,。王功團隊正在把這個理論上的東西一步步變?yōu)楝F(xiàn)實,。所以才有了93次拋物線飛行試驗，而且證明了在微重力狀態(tài)下,，我國的設(shè)備可以打印出所需產(chǎn)品,。

“材料是太空的稀缺資源，除了貨運飛船的補給,，其他材料也要盡量利用,�,！敝锌圃嚎臻g應(yīng)用中心副研究員程天錦告訴《中國科學報》記者。目前我們正在同步研究3D打印材料的循環(huán)利用技術(shù),，未來可以將空間站內(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,。

地面供給的材料加上可循環(huán)的材料,，這樣就可根據(jù)需要快速制造急需的工具和備件。

太空3D技術(shù)不僅在我們國家有所提議,，美國和歐洲等國家也在研究這個項目,。NASA將在軌增材制造技術(shù)視為支持載人登火等深空探測任務(wù)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)，為此部署了多項技術(shù)的研究,，其中Made in Space公司研制的FDM塑料3D打印機目前正在國際空間站試用,。同時，NASA近期委托斯坦福大學著手開展生物材料太空3D打印的研究,。歐空局原計劃在2015年將一臺3D打印機送上國際空間站,，但目前仍處于準備階段。

多方合作,，盡早突破

此次拋物線飛行試驗是在空間應(yīng)用中心與德國宇航局（DLR）的雙邊合作協(xié)議框架,，DLR向中科院空間應(yīng)用中心提供的次拋物線飛行試驗機會。

“3D打印憑借其高效,、靈活的特點成為太空制造技術(shù)的重要工藝之一,。然而，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,，需要對材料、設(shè)備及控制方式進行針對太空特殊環(huán)境的適應(yīng)性改造,，同時需要開展大量的試驗摸索,。當然,，地面與太空3D打印技術(shù)肯定是可以相互借鑒和促進的,。”王功告訴記者,。

“此次試驗共對五種材料和兩種制造工藝進行了微重力環(huán)境下的驗證與探索,，其中包含了NASA從未嘗試過的纖維增強復合材料，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),�,！眲⒁囡w介紹。

“太空增材制造是一項涵蓋了材料、流體,、工藝,、控制等多個學科的復雜技術(shù)，雖然我國太空增材制造技術(shù)研究的起步晚于美國,，但研究更為積極活躍,，在理念和技術(shù)上并不落后。中科院具有多學科的優(yōu)勢并且歷來重視基礎(chǔ)研究,，積累了大量空間材料,、流體等領(lǐng)域的研究數(shù)據(jù)，并具有多種試驗條件充分開展技術(shù)驗證,。此次試驗采用了自主研制的設(shè)備,，主要設(shè)備由中科院空間應(yīng)用中心與中科院重慶智能院共同研制。下一步將聯(lián)系國內(nèi)更多優(yōu)勢單位尋求聯(lián)合研究,，著力提高太空增材制造產(chǎn)品的強度,、精度和速度，爭取在近期取得更大的突破,�,！蓖豕π判臐M滿地說。



來源：科學網(wǎng) www.sciencenet.cn

中國科學院我就不想吐槽了,，2001年日本雙足人形機械人發(fā)布的時候,，中科院連忙也做一個。印象太深刻了,，用角鋼焊接,，那東西完全不需要傳感器腳大到倒不了,，最搞笑的是還弄了張假臉,，眼睛的位置安了兩個小紅色led還一閃一閃的，說難聽點市場上的玩具都比那玩意科技含量高

doddle 發(fā)表于 2016-4-13 11:27
中國科學院我就不想吐槽了,，2001年日本雙足人形機械人發(fā)布的時候,，中科院連忙也做一個。印象太深刻了，用角 ...

說話注意一些,，給科學院留點面子

黃奕19931229 發(fā)表于 2016-4-13 12:39
說話注意一些，給科學院留點面子

中科院的創(chuàng)新呢