近日，中科宇航力鴻一號(hào)遙一飛行器搭載的微重力金屬增材制造（3D打?。┛茖W(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，在完成其歷史性太空之旅后，正式交付中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所。

在1月12日，該載荷搭乘中科宇航力鴻一號(hào)遙一飛行器，就成功穿越卡門(mén)線進(jìn)入太空，并在微重力環(huán)境下完成了我國(guó)首次太空金屬3D打印實(shí)驗(yàn)，成功制備出完整的金屬零部件。

01、從“地造天用”到“天造天用”的跨越

有網(wǎng)友說(shuō)，不就是在太空中“打印”出一個(gè)零件么，有什么難的？

我們知道太空中的微重力環(huán)境不一樣，這次團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在微重力難題，攻克了金屬增材制造的物料穩(wěn)定輸運(yùn)與成形、全流程閉環(huán)調(diào)控、載荷與火箭的高可靠協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)難題。

人類(lèi)首次太空金屬3D打印，發(fā)生在2024年8月，歐洲航天局（ESA）的在國(guó)際空間站上首次成功演示了金屬部件的3D打印，當(dāng)時(shí)遇到了很多難題，微重力也是最主要的挑戰(zhàn)。

3D打印過(guò)程中非常依賴(lài)于重力來(lái)定位材料，因?yàn)樵趧?chuàng)建金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，熔融金屬通常用作細(xì)絲或可打印介質(zhì)的一部分。在太空中，它的行為可能是不可預(yù)測(cè)的，會(huì)導(dǎo)致打印出來(lái)的零件和預(yù)期相差很大，甚至失敗。

圖為歐洲航天局3D打印測(cè)試過(guò)程

回看我國(guó)這次實(shí)驗(yàn)，載荷艙通過(guò)傘降系統(tǒng)平穩(wěn)著陸回收，科研人員成功獲取了包括熔池動(dòng)態(tài)特征、物料輸運(yùn)、凝固行為等全過(guò)程數(shù)據(jù)，以及成形件的精度與力學(xué)性能參數(shù)，為技術(shù)的快速迭代積累了無(wú)價(jià)的“太空一手資料”。

載荷研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所研究員姜恒指出，掌握太空金屬3D打印技術(shù)具有顛覆性意義?！疤煸焯煊谩蹦茱@著提升航天器在軌維護(hù)與擴(kuò)展的自主性，降低對(duì)地面補(bǔ)給的依賴(lài)。更重要的是，“天造天用”能突破傳統(tǒng)火箭發(fā)射的尺寸與產(chǎn)能限制，從根本上推動(dòng)航天器制造模式從“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”轉(zhuǎn)變。

在未來(lái)的空間站擴(kuò)建、深空探測(cè)及月球基地建設(shè)中，這種原位制造能力將發(fā)揮不可替代的作用。

02、為什么要在太空3D打??？

我們知道，3D打印又稱(chēng)增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)減材制造相比，3D打印通過(guò)逐層累加材料構(gòu)造物體，省去了復(fù)雜的模具和工裝，大幅降低了初始成本。

SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克曾宣稱(chēng)，他已經(jīng)掌握了全球最先進(jìn)的金屬3D打印技術(shù)，并借此使其“猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)推力與比沖的顯著提升。在國(guó)內(nèi)，這一技術(shù)同樣成為商業(yè)火箭公司攻堅(jiān)克難的“法寶”。

資料顯示，藍(lán)箭航天的“天鵲”系列火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)40%至110%的推力調(diào)節(jié)范圍。深藍(lán)航天披露，其發(fā)動(dòng)機(jī)推力室85%以上的零部件均采用3D打印技術(shù)制造。此外，天兵科技的“天龍二號(hào)”、星河動(dòng)力的“智神星一號(hào)”等，其發(fā)動(dòng)機(jī)制造也廣泛應(yīng)用了該技術(shù)。

很顯然，3D打印已經(jīng)成為商業(yè)航天的終極加工解決方案之一，具有功能集成、大幅減少零部件數(shù)量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)極致輕量化的優(yōu)良特性，這些特性在對(duì)尺寸和重量極度敏感的航天領(lǐng)域價(jià)值凸顯。

我國(guó)首次太空金屬3D打印的圓滿(mǎn)成功，不僅是一次技術(shù)驗(yàn)證的勝利，更是向太空智能制造時(shí)代邁出的堅(jiān)實(shí)一步，在未來(lái)在浩瀚星空中，人類(lèi)將能夠就地取材、自主制造，真正開(kāi)啟可持續(xù)的太空探索與開(kāi)發(fā)新征程。

我們相信，在未來(lái)某一天，航天員或許只需向AI描述所需零件，就能在太空中通過(guò)智能3D打印系統(tǒng)立即獲得所需部件，真正意義上的實(shí)現(xiàn)從“依賴(lài)地球”到“地外自持”。