2020年5月5日18時0分，長征五號B搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，從(cong) 文昌航天發射場點火升空。約488秒後，載荷組合體(ti) 與(yu) 火箭成功分離進入預定軌道，我國空間站階段的首次飛行任務告捷。

這是中國最強火箭“胖五”！這是新一代載人飛船試驗船！

在本次任務中，由中國科學院牽頭負責的空間應用係統在新飛船試驗船安排了在軌精細成型實驗、材料摩擦行為(wei) 實驗、微重力測量試驗等三項科學實（試）驗，將為(wei) 未來我國空間站建設運營以及走向更遙遠的深空，進行前瞻科學研究和技術驗證。

△中科院空間應用中心研究團隊的立體(ti) 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設備

中科院空間應用中心的太空3D打印研究

這次長征五號B火箭成功把我國新一代載人飛船試驗船送入了預定軌道，可以為(wei) 我國太空3D打印提供了很好的研究機會(hui) 。

為(wei) 進一步提升製造精度、擴大可用於(yu) 太空製造的材料譜係，由中科院空間應用中心研究團隊研製的“在軌精細成型實驗裝置”將創新采用立體(ti) 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。

太空失重環境是立體(ti) 光刻技術麵臨(lin) 的主要挑戰之一，普通的打印漿料在失重條件下無法保持穩定形態，會(hui) 發生爬壁導致液麵起伏影響打印；通過國內(nei) 外失重飛機，先後進行了數百次微重力環境下的實驗，對漿料在失重條件下的流變行為(wei) 及內(nei) 在機理進行了分析，利用化學及物理方法對漿料進行優(you) 化使其從(cong) 液態變為(wei) 軟物質形態，軟物質特有的屈服應力在失重條件下抵抗形變，抑製爬壁，且在較高剪切力作用下其又可以恢複良好的流動性，保證了3D打印順利進行。

△2018年中科院太空製造技術重點實驗室在微重力下試驗3D打印

據了解，中國科學院太空製造技術重點實驗室（CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT）成立於(yu) 2017年底，依托中國科學院空間應用工程與(yu) 技術中心，是一個(ge) 以“太空製造技術”為(wei) 研究專(zhuan) 題的科研實體(ti) 。

早在2018年6月13日，中科院太空製造技術重點實驗室（依托單位為(wei) 空間應用中心）科研人員在瑞士杜本多夫利用歐洲失重飛機圓滿完成了國際首次微重力環境下陶瓷材料立體(ti) 光刻成形技術試驗和基於(yu) 陶瓷模具的金屬材料微重力環境下鑄造技術試驗，獲得多個(ge) 完好的製造樣品及豐(feng) 富的實驗數據。

△微重力下光固化3D打印陶瓷樣件

△微重力下3D打印金屬樣件

太空3D打印的作用和優(you) 勢

一般來說，當國際空間站內(nei) 缺少某種工具或部件時，宇航員們(men) 就得花上數周甚至數月等待地麵送來物資補給。有了太空3D打印機，技術人員在地球上設定出物品的製造程序（也就是設計模型文件），然後用電子郵件發送至國際空間站，整個(ge) 過程耗時不到一周；而實際打印時間隻有約4小時。南極熊3D打印網了解到，無論是美國，還是歐洲，還是俄羅斯，都在太空3D打印領域投入了熱情的研究。

除了時間成本，太空3D打印所節約的運輸成本同樣可觀。空間站、基地或複雜航天器的係統由許多部分組成。盡管在建造時就力求可靠，但仍然麵臨(lin) 著零件損壞、係統升級等問題。如果攜帶大量預製零件進入太空，就會(hui) 大大增加高昂的發射費用。如采用太空3D打印技術，隻需將原材料和輕型打印機帶入太空，從(cong) 而就地製造所需零部件，最大限度減少發射重量並提高工作效率。未來，當人類能夠從(cong) 其他星球表麵開采原材料時，還能在太空建立“零件工廠”，進一步減輕航天器的發射重量，節約空間。

△配圖：美國NASA國際空間站上的太空3D打印機，使用到的技術是FDM熔融擠出，通過噴頭加熱，高分子聚合物線材熔化成液態，然後靠機械力從(cong) 噴頭擠出來，層層堆疊成型。圖片來源NASA

2014年，NASA研製的世界上首台太空3D打印機抵達國際空間站，揭開了人類“太空製造”的序幕。

3D打印技術在太空的操作環境與(yu) 地球大不相同，技術難度也不一。在地球上，依靠重力，3D打印機擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積，一層一層打印出三維物體(ti) 。而在太空零重力條件下，需要使用以給定速率旋轉的離心機來確保材料沉積到位，或者修改3D打印的過程來使設備平穩運行。不過，原本基於(yu) 地球的3D打印技術更容易適應有著微重力環境的月球和火星。