主播君的話

中國科學院太空製造技術重點實驗室，這裡有一支平均年齡為33歲的青年科研隊伍。他們將中國製造瞄向太空，在國際太空製造領域擁有自己的一席之地。

奮戰七餘載

他們探尋微重力環境下

3D列印的密碼

他們要將中國製造搬到太空

期待未來在太空辦廠

讓中國製造領路全球

星辰大海

他們來了

2020年5月，在載人飛船試驗船上，在軌開展了陶瓷軟物質材料精密太空製造技術驗證

2020年5月，在由長征5號B運載火箭搭載發射的中國新一代載人飛船試驗船上，進行了一項特殊的實驗——

由立體光刻3D印表機進行陶瓷、金屬複合材料的微米級精度在軌制造

。

這是國際上第一次在太空進行該類試驗。

在試驗持續的兩三個小時裡，中國科學院空間應用工程與技術中心研究員、太空製造技術重點實驗室主任王功和同事們無比激動。

從2014年以來，中國太空製造試驗從地面走向太空，這不僅是空間距離上的一大步，更是我國太空製造領域前進中的關鍵一步。

這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊伍

什麼是太空製造？為什麼進行太空製造？在王功看來，後勤補給資源是長期太空探索任務成功的重要保證，目前主要是透過發射運載火箭和貨運飛船向空間站進行補給，不僅週期長，而且成本昂貴。

“如果需要的零部件在太空裡就能直接製造，將是人類太空探索技術的一次革命性進展。”

王功表示，太空製造技術是一項對未來航天探索任務具有革命性影響的戰略性技術，是人類擺脫對地球資源補給依賴，探索更深遠宇宙空間所必須掌握的關鍵技術之一。

雖然太空製造在空間站在軌應急維修保障、大型空間載荷在軌部署等方面具有很強的現實意義，但與地面環境相比，太空的長時微重力、強輻射、高真空、交變冷熱迴圈等環境也給太空製造技術帶來了新的挑戰，對於太空製造裝備，也需要滿足高精度、低功耗、小型化、智慧化等苛刻的技術要求。

2014年，我國成立科研團隊開始太空製造研究。

2017年底，中國科學院太空製造技術重點實驗室正式成立，這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊伍。

其實，在國際上，開展太空製造技術研究的時間無非也才10餘年時間。

2014年9月，美國航空航天局在全球第一次將一臺印表機送到國際空間站，這臺放在手套箱裡、以列印塑膠為主的印表機並不大，各項指標都不算先進，但卻引發廣泛關注。

“這是在空間站第一次有了自動化生產的工具。”王功說。

2016年3月，在法國，團隊成功進行首次微重力條件下的3D列印試驗

2015年，王功開始策劃第一次微重力環境下的3D列印試驗。由於當時我國還沒有建成空間站，藉助中科院與德國宇航局的合作關係，團隊將試驗挪到了歐洲航天局的失重飛機上。失重飛機在地面上模擬太空環境的一個重要試驗平臺。

在8000米高空，當飛機關閉發動機，開始一個自由落體的拋物線下降時，會產生22秒的微重力環境。

正是利用31次重複迴圈的22秒微重力環境狀態，王功團隊不斷測試3D列印效果，打印出“中國科學院”五個字。

29歲的3D印表機系統設計負責人劉亦飛，親歷了第一天的失重飛行。他說，第一次微重力環境3D列印試驗，令團隊收穫頗豐，拿到樣品那一刻，每個人都無比開心。

“試驗成功了，其實試驗目標並不是要列印多麼完美的作品，而是我想驗證一下微重力環境對3D列印的影響效果。”王功說。

團隊在微重力環境下打印出“中國科學院”五個字

透過這次試驗，王功發現熔融沉積技術的兩個缺陷：產品效能有限並且製造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離。

為此，在完成首次微重力模擬試驗之後，中科院太空製造實驗室轉向利用立體光刻來進行太空製造的路線。

“這個原理很簡單，利用紫外光去觸發光敏樹脂的光聚合反應來進行固化，有點像女生塗指甲油，然後在紫外燈下去照射固化。”

王功說，這是一種被美國航空航天局研究過並被否定了的工藝。

“原因在於這種工藝的原材料是液體，而在微重力環境下，液體漿料受表面張力的影響，很容易自由飄散，難以控制其穩定狀態，進而無法完成列印過程。”王功表示。

在法國，團隊在進行微重力環境下模擬試驗後合影

如何能找到一個方法，來保證液態材料無法自由流動？

經過探索、試驗，團隊選擇將陶瓷粉末、樹脂溶液和光引發劑等材料進行混合匹配，開發出一種全新的陶瓷膏體材料。這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時，可以保持固有形態，如此一來，在微重力環境下，仍然可以保證液體的形態可控，進而完成立體光刻的成型工藝。

然而，就是這樣一項工藝，團隊前後研發了兩年。

“將奈米級、亞微米級金屬和陶瓷粉末新增到光敏樹脂溶液裡，相當於把一袋麵粉倒入一杯水中，並且還要保持奈米顆粒均勻分散，難度非常大。”

王功說。

2018年7月，在瑞士，團隊首次在微重力環境下進行陶瓷材料立體光刻製造技術試驗

2018年，再次在失重飛機上進行試驗時，立體光刻工藝被證明行得通，團隊將“不可能”變成了“可能”，這也是

中國團隊在太空製造領域首次提出並驗證一個新思路

。

從2015年以來，團隊先後完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗，從面向陶瓷漿料的立體光刻技術到金屬材料鑄造工藝、聚合物基複合材料回收與迴圈利用，團隊一次次潛心探索，一次次突破技術難點。

2019年10月，團隊在陝西西安閻良中國試飛院開展國內首次自主失重飛行試驗模擬

2019年10月，在陝西西安閻良，團隊透過與中國試飛院合作，完成了

我國首次自主微重力模擬飛行試驗，這次飛行不論對於中國太空製造，還是對未來其它太空技術驗證而言，都是一次零的突破

。

如今，在王功心中，還有很多技術難題求解答案，“太空製造不僅僅是在太空開展3D列印，還有很多製造方式正在進行嘗試。目前都是非常簡單的探索，重要的是以應用需求為導向，3D列印是解決太空製造的終極手段麼，在我看來，實際上這項技術還有許多需要提高和改進的地方。”

王功坦言，如果太空製造存在小型零部件製造、大型空間裝置製造及在軌組裝、地外環境綜合設施製造等三個階段的話，那麼人類目前的技術也只是處於在第一個階段，儘管如此，隨著上下行運輸手段的豐富和技術的進步，實現太空辦工廠的願望並不會太遙遠。

團隊在陝西西安閻良

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記者｜李川

編輯｜李川 統籌 | 陳鳳莉