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打印)科學實驗載荷,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。
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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境不一樣,這次團隊實現了在微重力難題,攻克了金屬增材制造的物料穩定輸運與成形、全流程閉環調控、載荷與火箭的高可靠協同等關鍵技術難題。
人類首次太空金屬3D打印,發生在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。
3D打印過程中非常依賴于重力來定位材料,因為在創建金屬結構時,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平穩著陸回收,科研人員成功獲取了包括熔池動態特征、物料輸運、凝固行為等全過程數據,以及成形件的精度與力學性能參數,為技術的快速迭代積累了無價的“太空一手資料”。
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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”能突破傳統火箭發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揮不可替代的作用。
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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”發動機實現推力與比沖的顯著提升。在國內,這一技術同樣成為商業火箭公司攻堅克難的“法寶”。
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資料顯示,藍箭航天的“天鵲”系列火箭發動機采用3D打印技術,實現了高達40%至110%的推力調節范圍。深藍航天披露,其發動機推力室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、大幅減少零部件數量、優化結構以實現極致輕量化的優良特性,這些特性在對尺寸和重量極度敏感的航天領域價值凸顯。
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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,真正開啟可持續的太空探索與開發新征程。
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打印系統立即獲得所需部件,真正意義上的實現從“依賴地球”到“地外自持”。
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