我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印

根据新华网,近日,中科院研究团队成功完成了微重力环境下的陶瓷材料立体光刻成形技术。科研人员最新研发的类固态陶瓷膏体材料,是一种可在失重环境中约束精细粉末的新材料形态,具有适应多种微重力条件的流变特性。利用这种新型陶瓷材料,研究团队成功实现了太空失重环境3D打印,为微重力环境下粉末材料的高精度成形制造提供了新的技术途径。 

我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印

图:微重力环境下立体光刻制造技术打印的陶瓷样品。来源,中科院空间应用工程与技术中心

我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印 类固态陶瓷材料与光固化工艺

具体来说,中科院研究团队成功完成了微重力环境下陶瓷材料立体光刻成形技术试验(SLA 陶瓷3D打印),以及微重力环境下金属材料铸造技术试验,为我国空间站、深空探索等任务中实现“太空制造”拓宽了技术路线。

该试验于6月12日开始,截止到6月13日下午,共进行了28次微重力、2次月球重力和2次火星重力飞行,搭载的两套装置共获得10件陶瓷样品和8件金属样品。

我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印

图:科研人员在观察金属材料微重力环境下铸造的技术实验样品在地面脱模情况。来源,中科院空间应用工程与技术中心

微重力环境下粉末材料难以在制造过程中得到有效控制,国际上普遍采用丝状材料作为太空制造的主要材料形态,但后者的一次成型精度和表面光洁度较低,实际应用潜力受限。

中科院太空制造技术重点实验室(依托单位为空间应用中心)自主研发的类固态膏体材料,是一种可在失重环境中约束精细粉末的新材料形态,具有适应多种微重力条件的流变特性。使用该材料可有效保证制造过程中材料形态的稳定,为微重力环境下粉末材料的高精度成型提供了新技术途径,有望在未来实现半导体、光学部件、微机电系统等产品在太空探索任务中的原位快速制造。也为月尘月壤等月球资源的就位利用提供了新技术途径,将在太空制造领域产生深远影响。

这两项试验的目的是为了将来能够在空间站快速制造出零部件;在太空直接组建大型望远镜或其他科学仪器;更长远的目标是为了开展月球、火星等深空探索。月尘的主要成分是纳米级或亚微米级的硅酸盐颗粒,其形态与我们平时制作陶瓷的原料形态类似。月壤内还含有钛、铝、铁等金属。下一步,中科院太空制造技术重点实验室想探索一种工艺用月尘制造出陶瓷模具,再用这些模具将月壤中的金属铸造成金属元部件。

根据领导这项实验的中国科学院太空制造技术重点实验室主任王功,花了两年多时间研究中科院太空制造技术重点实验室如何制造这种不会在微重力环境中四处飘散的膏体,这是此项的技术最具创新,最有价值的部分。这一技术可以用来加工月壤等各种精细粉末。

这次制造的陶瓷样品,包括一面半个手掌大小的具浮雕效果的陶瓷国旗,有五角星和“中国”字样,一块六边形结构件和几个立方体。金属样品包括螺丝钉和一个小扳手。

据介绍,中科院太空制造技术重点实验室是一个以先进太空制造技术为研究主题的实验室,继2016年牵头开展我国首次“太空3D打印”技术实验后,历经两年多的研究和准备,自主研发了本次任务所用的纳米级类固态陶瓷膏体材料、3D打印陶瓷耐高温模具以及两套试验装备,为我国在太空中实现多种材料的高精度制造奠定了必要技术基础。

以上来源:新华网

我国完成微重力陶瓷光刻成形试验,实现太空失重环境3D打印 3D科学谷Review

陶瓷3D打印一直是大家非常关注的话题,因为陶瓷的应用领域非常广泛,涵盖科研、医疗、工业、建筑及首饰等,尤其是具有许多有利性能的高级陶瓷材料更是航空航天及国防等领域需要的材料,而3D打印的陶瓷产品能保证良好的表面质量及各种良好性能。

据知名市场研究公司MARKETS AND MARKETS(M&M)发布的一份调查报告显示,3D打印陶瓷市场的全球规模有望从2016年的2780万美元增长至2021年的1.315亿美元,期间的复合年增长率(CAGR)将高达29.6%。今年5月份,科技部发布的《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》也指出要围绕增材制造等13个主要方向开展重点任务部署,推动先进制造技术领域创新能力提升。

由此可见,陶瓷3D打印的市场潜力确实非常可观。目前,陶瓷3D打印的技术主要有,激光扫描固化成型技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)。陶瓷作为一种传统的无机材料,已经有上千年的历史。但是对于3D打印领域来说,却是一个新兴的材料。由于陶瓷材料本身的脆性,所以在3D打印领域一直鲜有人涉足。

根据3D科学谷的市场观察,法国3DCeram 公司于2015年向市场推出了首台工业级大幅面陶瓷3D打印机——CERAMAKER,从技术原理上来讲,这是一台基于SLA激光光固化的陶瓷3D打印机,通过激光扫描混有树脂的陶瓷材料,实现固化成型。3DCeram公司的陶瓷3D打印技术于2016年被引入中国市场,并在武汉设立了分公司——武汉三维陶瓷科技有限公司。

奥地利Lithoz公司,是最早进入中国市场的高性能陶瓷3D打印增材制造的系统供应者。基于专利化的LCM技术,Lithoz提供了一种新的增材制造工艺,这种工艺可以生产非常复杂的高性能陶瓷零部件。这种工艺的优点在于,可以高精度的生产自由形状的陶瓷部件,其材料性能可以同传统的加工方式媲美。根据3D科学谷的市场观察,LITHOZ公司于2018年与中航迈特签署合作协议,双方将携手合作开发陶瓷3D打印机、陶瓷新材料及零件技术,以满足我国航空航天领域对复杂结构陶瓷零件的需求。

工业陶瓷3D打印可谓是一项比较新的技术,最近两三年才开始出现在市场上。除了国外的企业,国内也有一批自主研发的工业陶瓷3D打印设备的企业,比如北京十维科技,浙江迅实科技,深圳长朗,中瑞科技,昆山博力迈,因泰莱等。
部分来源:上海国际先进陶瓷展览会暨会议

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