空间3D打印技术现状与前景.pdf

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６空间３Ｄ打印技术现状与前景田小永，李涤尘，卢秉恒（西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安７１００４９）摘要：空间制造能力对太空探索具有重要意义，空间３Ｄ打印是实现空间制造的一项关键技术。阐述了空间制造的起源以及空间３Ｄ打印的技术现状，围绕着３Ｄ打印材料、工艺及空间环境适用性等问题，分别讨论了面向空间舱内环境、在轨原位环境、星球基地环境下空间３Ｄ打印技术的研究进展，提出了面向空间应用的高性能复合材料３Ｄ打印、多自由度３Ｄ打印等

2、工艺方法，以应对空间环境的多重需求。分析并指出了实现空间３Ｄ打印技术面临着空间极端温差环境、能源利用、材料来源与性能等技术挑战；围绕我国空间站建设与月球探索工程，讨论了我国空间３Ｄ打印技术的发展前景与可能的实施途径。关键词：空间制造；空间３Ｄ打印；空间站；月球基地中图分类号：Ｖ１１；ＴＨ１６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４７１⁃０６ＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆ３ＤＰｒｉｎｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳｐａｃｅＴＩＡＮＸｉａｏｙｏｎｇ，ＬＩＤｉｃｈｅｎ，ＬＵＢｉｎｇｈｅｎｇ（Ｓｔａｔｅｋｅｙｌａ

3、ｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｉｎｓｐａｃｅｉｓａｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｐａｃｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｐａｃｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

4、ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｓｐａｃｅｃａｂｉｎ，ｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｉｎｓｉｔｕ，ａｎｄｐｌａｎｅｔａｒｙｂａｓｅｗａｓｄｉｓ⁃ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｓｐａｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｎｏｖｅｌ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｓｐａｃｅ

5、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｒａｐｉｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍａｌｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｍｕｌｔｉ⁃ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｓｏａｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｉｇｉｄｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎｓｐａｃｅ．Ｔｈｒｅｅｍａｉｎｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｓｐａｃｅ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｅｎｅｒｇｙｕｓｅｄ，ａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｏｕｒｃｅｗｅｒｅｐｕｔｆ

6、ｏｒｗａｒｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｐｏｓｓｉｂｌｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＣｈｉｎｅｓｅ３ＤｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｓｐａｃｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎａｎｄｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｉｎｓｐａｃｅ；ｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ；ｌｕｎａｒｂａｓｅ重、体积、成本上对空间探索活动的限制，以获得１引言深空探索所

7、需的运载平台、工具与装备。随着航天技术的发展，探索深空、建设地外星空间制造可直接利用太阳能、原材料等空间体基地乃至移民等逐渐提上研究日程，涉及实现资源，实现自我维持；同时，空间微重力环境使得［１］长期在轨居留的物资和生命保障、空间应用设施原位制造、组装超大尺寸构件成为可能。３Ｄ打（卫星）的建造、太阳系内星球探索基地建设和运印技术是一种采用逐层堆积直接进行零件成形的行，很大程度依赖于如何实现高效、可靠、低成本数字化增材制造工艺，与传统减材或等材制造相的“空间制造”，从而克服现有火箭运载方式在载比，３Ｄ打印技术消除了加工过程对中间模具的需收稿

8、日期：２０１５⁃１０⁃２７；修回日期：２０１６⁃０６⁃１４基金项目：国家自然科学基金（５１５７５４３０）；机器人技术与系统国家重点实验室开放基金（ＳＫＬＲＳ⁃２０１５⁃２Ｄ⁃０２）；载人航天预