中國科學院太空制造技術重點實驗室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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研究進展

3D打印技術制備月壤結構件方面取得重大進展

  發布時間:2018-12-20     瀏覽次數:862  分享至:

近日,中國科學院太空制造技術重點實驗室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)在3D打印技術制備月壤結構件方面取得重要進展,科研人員利用立體光刻3D打印技術,成功成型并燒結得到性能優異的月壤結構件,該研究成果有望為我國未來空間探索的就位制造和地外資源就位利用提供必要的技術貯備。該研究成果以“Digital light processing of lunar regolith structures with high mechanical properties”為題發表在《Ceramics International》期刊上。

月球在未來深空探索中的地理位置、資源等方面的意義日益凸顯,建立月球基地已成為國內外航天機構主要研究內容之一。考慮到巨大的上行運輸成本,在月球原位資源利用變得切實可行,而月壤因其儲量豐富、環境適應性好、易開采等優勢成為了月球基地建設的理想原材料。相比于傳統的擠壓成型,3D打印技術具有精度高、自動化程度高、不受形狀及復雜性影響等優勢,國外已有研究團隊實現了3D打印技術制備月壤結構件,其主要包括激光選區熔化與擠出式兩種技術途徑。但3D打印技術制備月壤結構件仍然面臨著一些問題需要解決,如粉末在微重力環境下易漂浮,成型件氣孔率較高,精度與性能較差等,這些問題影響其更廣泛的應用。

SMT重點實驗室科研人員利用自主創新研發的面曝光立體光刻陶瓷3D打印機Ceramatrix和滿足微重力條件的月壤3D打印漿料,在國際上首次實現了立體光刻3D打印月壤材料,并成功燒結出無明顯缺陷的結構件。月壤結構件不僅具有較高的尺寸精度與表面光潔度,而且具有優異的壓縮強度與彎曲強度,其機械性能較國際現有水平提高2倍

SMT重點實驗室科研人員自主研發的新型月壤漿料,具有適應多種微重力條件下的流變特性,解決了粉末材料在微重力環境下難以約束的問題,為在微重力環境下開展粉末材料的高精度成型提供了新的技術途徑;并且,該新型月壤漿料具有優異的打印能力,配合自主研發的立體光刻陶瓷3D打印機及優化的打印參數,成功實現了立體光刻3D打印成型,成型件具有高精度與高表面光潔度。同時,科研人員經過反復探索月壤素胚的燒結條件,最終成功獲得具備優異壓縮強度與彎曲強度等機械性能的月壤結構件,該月壤結構件不僅滿足月球基地建筑材料性能要求,甚至滿足了一些承力件、功能結構件性能要求,極大地拓寬了其應用范圍,是對月球基地建設具有深遠影響的研究成果。

論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.12.049


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