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中國(guó)率先采用DLP技術(shù)開(kāi)發(fā)微重力下的陶瓷3D打印

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責(zé)任編輯：六月芳菲時(shí)間：2018-07-25 17:47

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[導(dǎo)讀]中科院空間利用技術(shù)與工程中心的科學(xué)家剛剛成功地完成了一個(gè)3D微型重力印刷陶瓷零件實(shí)驗(yàn)。

3D打印在太空中。這聽(tīng)起來(lái)像是“星際迷航”中的一些東西，完全不現(xiàn)實(shí)，但實(shí)際上它已經(jīng)有一段時(shí)間了。自2014年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局一直在國(guó)際空間站上試驗(yàn)零重力3D打印機(jī)，最近甚至提出升級(jí)。但其他空間探索國(guó)家也不甘落后，中科院空間利用技術(shù)與工程中心的科學(xué)家剛剛成功地完成了一個(gè)3D微型重力印刷陶瓷零件實(shí)驗(yàn)。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院空間制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王功介紹，這是世界上第一個(gè)微重力陶瓷制造實(shí)驗(yàn)。科學(xué)家們使用DLP 3D打印機(jī)在瑞士Novespace運(yùn)行的歐洲拋物飛行飛機(jī)上制造陶瓷。

“這是一種廣泛使用的3D打印技術(shù)，但之前被認(rèn)為在微重力環(huán)境下不適用，”王功說(shuō)。

在微重力下生產(chǎn)的陶瓷樣品。圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院空間利用技術(shù)與工程中心

根據(jù)CAS，這些微重力測(cè)試非常成功。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，科學(xué)家們還使用3D印刷陶瓷模具測(cè)試了金屬鑄造技術(shù)。這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都旨在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)在中國(guó)未來(lái)的太空站生產(chǎn)儀器部件的技術(shù)，在太空中構(gòu)建大型望遠(yuǎn)鏡，甚至在月球和火星上建造太空望遠(yuǎn)鏡。

月球塵主要由納米或亞微米級(jí)的硅酸鹽顆粒組成，與陶瓷原料相似。月球土壤還含有金屬，如鈦，鋁和鐵。

“我們可以開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，用月球粉塵制造陶瓷模具，然后用陶瓷模具在月球土壤中使用金屬來(lái)鑄造部件，”王先生說(shuō)。

然而，細(xì)顆粒很容易漂浮，難以控制微重力。目前，燈絲在空間制造實(shí)驗(yàn)中普遍使用，但根據(jù)王的說(shuō)法，燈絲的精度和光滑度并不理想。所以中國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，將粉末混合成特殊的樹(shù)脂形成糊狀物，然后用DLP技術(shù)固化。

“我們的團(tuán)隊(duì)花了兩年多的時(shí)間研究如何制作不會(huì)在微重力下自由浮動(dòng)的糊，這是該技術(shù)中最具創(chuàng)造性和最有價(jià)值的部分，我們認(rèn)為該技術(shù)可用于處理多種細(xì)顆粒， “王說(shuō)。

6月12日和13日，他們?cè)谖⒅亓ο逻M(jìn)行了28次實(shí)驗(yàn)，在月球重力下進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，在歐洲飛機(jī)上進(jìn)行了兩次火星重力下的實(shí)驗(yàn)。他們共生產(chǎn)了10個(gè)陶瓷樣品和8個(gè)金屬樣品。

3D打印在微重力下生產(chǎn)的金屬樣品。圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院空間利用技術(shù)與工程中心

“我們想要測(cè)試我們是否可以用這種技術(shù)制作一個(gè)表面光滑的普通物體，并且我們使陶瓷立方體在不同的重力條件下看到它們的微觀結(jié)構(gòu)，”王說(shuō)。

在金屬鑄造實(shí)驗(yàn)中，他們使用了螺絲和小扳手以及其他樣品。

“樣品質(zhì)量很好，這表明該技術(shù)可以應(yīng)用于不同的重力條件下，并驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性，”Wang說(shuō)。

該技術(shù)可用于快速原位生產(chǎn)半導(dǎo)體，生物支架，光學(xué)部件和用于太空探索的微機(jī)電系統(tǒng)。

“我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是開(kāi)發(fā)可以在月球或火星上工作的智能機(jī)器，但這些機(jī)器會(huì)更復(fù)雜，”Wang說(shuō)。 “Elon Musk和SpaceX正在開(kāi)發(fā)將人們帶到其他星球的技術(shù)，并且我們正在開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)幫助他們生存下去。”Wang補(bǔ)充道。

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