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

在1月12日，該載荷搭乘中科宇航力鴻一號遙一飛行器，就成功穿越卡門線進入太空，并在微重力環(huán)境下完成了我國首次太空金屬3D打印實驗，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

有網友說，不就是在太空中“打印”出一個零件么，有什么難的？

我們知道太空中的微重力環(huán)境不一樣，這次團隊實現(xiàn)了在微重力難題，攻克了金屬增材制造的物料穩(wěn)定輸運與成形、全流程閉環(huán)調控、載荷與火箭的高可靠協(xié)同等關鍵技術難題。

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

3D打印過程中非常依賴于重力來定位材料，因為在創(chuàng)建金屬結構時，熔融金屬通常用作細絲或可打印介質的一部分。在太空中，它的行為可能是不可預測的，會導致打印出來的零件和預期相差很大，甚至失敗。

圖為歐洲航天局3D打印測試過程

回看我國這次實驗，載荷艙通過傘降系統(tǒng)平穩(wěn)著陸回收，科研人員成功獲取了包括熔池動態(tài)特征、物料輸運、凝固行為等全過程數(shù)據(jù)，以及成形件的精度與力學性能參數(shù)，為技術的快速迭代積累了無價的“太空一手資料”。

載荷研制團隊負責人、中國科學院力學所研究員姜恒指出，掌握太空金屬3D打印技術具有顛覆性意義。“天造天用”能顯著提升航天器在軌維護與擴展的自主性，降低對地面補給的依賴。更重要的是，“天造天用”能突破傳統(tǒng)火箭發(fā)射的尺寸與產能限制，從根本上推動航天器制造模式從“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”轉變。

在未來的空間站擴建、深空探測及月球基地建設中，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打印？

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

SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克曾宣稱，他已經掌握了全球最先進的金屬3D打印技術，并借此使其“猛禽”發(fā)動機實現(xiàn)推力與比沖的顯著提升。在國內，這一技術同樣成為商業(yè)火箭公司攻堅克難的“法寶”。

資料顯示，藍箭航天的“天鵲”系列火箭發(fā)動機采用3D打印技術，實現(xiàn)了高達40%至110%的推力調節(jié)范圍。深藍航天披露，其發(fā)動機推力室85%以上的零部件均采用3D打印技術制造。此外，天兵科技的“天龍二號”、星河動力的“智神星一號”等，其發(fā)動機制造也廣泛應用了該技術。

很顯然，3D打印已經成為商業(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)化結構以實現(xiàn)極致輕量化的優(yōu)良特性，這些特性在對尺寸和重量極度敏感的航天領域價值凸顯。

我國首次太空金屬3D打印的圓滿成功，不僅是一次技術驗證的勝利，更是向太空智能制造時代邁出的堅實一步，在未來在浩瀚星空中，人類將能夠就地取材、自主制造，真正開啟可持續(xù)的太空探索與開發(fā)新征程。

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