在中國，有這樣一個年輕的團隊，他們在地球上創新創業，目標是在太空中建立工廠，以服務空間站建設運營，助力人類未來深空探測旅程行穩致遠。

新飛船在軌運行期間利用立體光刻3D打印成功製造的8件樣品。 孫自法 攝

太空製造團隊成員展示此次新飛船試驗任務成功在軌製造的8件樣品。 孫自法 攝

　　一個月前，他們的實驗裝置隨著中國新一代載人飛船試驗船進入太空開展在軌驗證，成功實現立體光刻3D打印技術對金屬/陶瓷複合材料進行微米級精度太空製造的零的突破。

　　他們是中國科學院空間應用工程與技術中心的中科院太空製造技術重點實驗室團隊，一群平均年齡不到35歲的年輕人，在年輕“掌門”王功研究員帶領下，無所畏懼、敢想敢做，努力追逐太空建廠的夢想。

王功(右)與太空製造團隊成員在實驗室交流。 孫自法 攝

　　讓立體光刻3D打印在太空成為可能

　　王功近日接受記者專訪時介紹説，2015年，中科院太空製造團隊開始策劃第一次微重力3D打印實驗，為實現高精度太空製造目標，團隊提出並挑戰國際同行認為不可能的技術路線——利用立體光刻在太空進行3D打印。

　　立體光刻3D打印原理很簡單，就是用光觸發材料發生光聚合反應進行固化，“有點像女生涂指甲油”，但其主要原材料是液體，而液體在微重力環境中非常容易自由飄散，該工藝也因此被普遍認為不太可能在微重力環境下使用。

　　太空製造團隊則堅信能把這種不可能變成可能，他們針對太空立體光刻3D打印所需特殊液態材料及其控制辦法進行科研攻關，選擇把納米以及亞微米級的金屬和陶瓷的粉末添加到光敏樹脂溶液裏面，“一遍遍製備想要的材料，這個工作我們前後做了兩年”。

　　經過大量試驗，團隊最終研發出可在太空環境中實現立體光刻3D打印的陶瓷/金屬複合材料，它的特點是在沒有外力施加的情況下看上去就像一個固體，即使360度旋轉，也不發生任何流動，一旦有剪切力出現，其局部會發生一個流變特性變化，很容易受控鋪平和光刻賦形。

　　2018年，太空製造團隊在失重飛機上對新材料及專門研製的立體光刻設備進行實驗，“實驗證明我們的思路是可行的，這也是中國團隊第一次在太空製造這個領域提出並且驗證了自己的想法。”王功説。

王功(右二)與太空製造團隊成員在辦公室復盤參與新飛船任務項目的過程。 孫自法 攝

　　新飛船試驗在軌精細製造出8件樣品

　　立體光刻3D打印新材料新工藝通過失重飛機驗證後，還需要在真正的太空環境中進一步驗證。

　　機會説來就來。2019年7月，中科院太空製造團隊接到中國新一代載人飛船試驗船搭載在軌精細成型實驗任務。從接到任務到交付設備只有短短5個月時間，年輕團隊克服重重困難，高質高效完成新飛船搭載實驗裝置的設計、生産、組裝、測試等關鍵環節，特別是在疫情初期的春節期間，團隊科研人員還趕往海南開展發射前設備調試工作，保障實驗任務順利實施。

　　機會屬於有準備的人。中科院太空製造團隊為新飛船任務研製“在軌精細成型實驗裝置”，創新採用立體光刻3D打印技術對金屬/陶瓷複合材料進行微米級精度的在軌製造，以進一步提升製造精度、擴大可用於太空製造的材料譜係。

　　王功表示，團隊選擇立體光刻來開展太空3D打印，主要考慮在軌製造精度和兼顧更多材料體系，精度是第一目標，需要為航天員提供一次成型、可以直接使用的物品；材料方面關注擴展性和兼容性，立體光刻3D打印工藝能覆蓋的材料類型非常多，包括陶瓷材料、陶瓷/金屬複合材料、稀土材料，以及未來在月球上可能就地取材用到的月壤材料。

　　這次新飛船在軌運行的科學實驗任務中，“在軌精細成型實驗裝置”通過立體光刻3D打印，成功精細製造出微縮版的國旗、中科院院徽、中國載人航天工程標識、三維支架等8件樣品。

　　王功指出，新飛船搭載在軌實驗，實際上相當於太空製造團隊的一次總結彙報和實際在軌驗證，“它不是在半年內的突發奇想，而是5年來研究攻關成果的體現”。

　　為中國空間站提供更好太空製造服務

　　王功強調，包括立體光刻在內的太空3D打印，只是太空製造的一個工藝路線，未來的製造方式還有很多種。其團隊同步也在研發其他太空製造工藝路線，每一種製造工藝都有其優勢和局限性，這取決於未來航天任務的需求。這次太空立體光刻3D打印在新飛船任務中的成功驗證，“對團隊來説，意味著新的開始。”

　　他透露，針對未來航天應用任務，太空製造團隊下一步的計劃，一是進一步完善此次在軌成功製造的立體光刻3D打印工藝；二是中國空間站未來兩三年即將建成，團隊將研發一些針對性技術，希望為空間站建設運營提供更好的在軌製造服務。

　　同時，這次經太空實證成功的立體光刻3D打印工藝，具有功耗低、設備輕、精度高等技術優勢，著眼于中國航天未來載人探月、登月等長遠發展規劃佈局的任務需求，“我們團隊也希望盡一份自己力量”。

　　王功還特別指出，雖然太空製造的目標是服務太空活動，但其應用堪稱“頂天立地”，服務地面需求方面，太空製造團隊已面向醫療、能源、海洋等領域進行很多前期應用開發，後續會結合國民經濟建設需求推廣應用，創造更多社會效益和經濟價值。

　　“太空製造的根本目的是提升人類在地外的活動和生存能力。”王功認為，太空製造未來發展可分為“小型零部件製造”“大型空間裝置製造及在軌組裝”“探測月球、火星等地外深空環境中更綜合的製造活動”三個階段，“我們現在還處於第一階段，大概只解鎖了這個階段10%的工作，還有大量的工作需要我們去做”。

　　他表示，太空製造才剛剛開始，“我們的下一代，也許他們真的能夠實現到太空中去建工廠的想法”。(完)(記者 孫自法)

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德迅网 » 中科院太空製造團隊：努力探索建立“太空工廠”
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