国际空间站和我国首次太空金属3D打印有重要信息公布！

发布时间：2026-02-11 07:20:57 丨 浏览次数：

　　国际空间站首次太空金属3D打印实验于2024年开展，而我国首次太空金属3D打印实验则在今年1月由中国科学院力学研究所主导完成。3D打印技术参考注意到，这两项实验

　　国际空间站的样品在2025年2月左右返回地球，但相关测试时间比想象中要久很多。该项目的打印过程持续了数月，共制造完成多个样品，包括3个拉伸和3个弯曲强度测试样条，薄壁结构，柔性机构（失败），以及丹麦技术大学的镜架样品。

　　其中一份样本送往德国的欧洲宇航员中心，两份样本送往欧空局的欧洲空间研究和技术中心，最后一份样本（镜子支架）送往丹麦技术大学进行热性能研究。

　　➡️ 样品精度较差，很粗糙，须后处理，设备操作不便利，半自动，金属丝会卡住

　　在材料选择方面，国际空间站选择的是不锈钢丝，直径为0.6mm。欧洲航天局（ESA）高级制造工程师Advenit Makaya指出，之所以没有选择钛和铝合金这些明星金属，是因为即便在空间站仍要考虑氧化。3D打印设备被安装在了空间站内部，如果采用氩气保护，一旦出现泄漏就会给人员带来直接威胁，而氮气则安全的多。这就是他们选择不锈钢的直接原因。

　　在设备方面，国际空间站激光能量沉积3D打印设备的尺寸为80x70x40厘米，激光输出功率为300w，送丝机构装载了1kg不锈钢丝。由于打印过程中会产生飞溅、蒸汽等，因此打印机内集成了一个过滤机构。这个过滤机构在机器打印1kg金属后就会堵塞，因此此次搭载的金属材料就是1公斤。

　　打印机的相关配置包括发起打印的指令均在地面尽量多的完成，宇航员只需要将机器安装到位，打印完成后取出零件并安装新的基材，如果出现故障，宇航员只需要稍微注意一下，这就是宇航员需要做的全部事情。

　　地面有一个监控中心，研究人员可基于打印机上的传感器检查各项参数，包括样件外形轮廓、机器内部的温度和氧含量。Advenit Makaya指出，地面人员会检查打印的每一层，如果发现有一层打印的“很奇怪”，他们就会调整参数，来确保下一层效果改善。另外，打印机工作时噪声很大，空间站也限制了它每天的工作时间，只允许每天运行4小时。因此，整个项目持续了几个月。

　　这些零件返回地球后进行机械强度、弯曲测试以及微观结构分析，并与地球制造的样本进行比较。

　　初步结果显示，打印历史与观察到的缺陷之间存在良好相关性，机械性能与地面DED 3D打印加工的316L不锈钢性能一致，孔隙率分布与打印策略相关联。Advenit Makaya也表示相关成果将在2026年以论文形式公布。

　　微镜下观察到的金属表面脊状结构； 对样品进行CT扫描，对样品进行拉伸测试；样品上喷涂了油漆斑点

　　该项目于2017年启动，打印机本身的设计工作从2019年持续到2020年，随后进行了系列测试和完善，2024年初被送往国际空间站。

　　我国首次太空金属3D打印于2026年1月12日开展。它由中国科学院力学研究所主导，并非在我国空间站开展，而是由火箭将实验载荷送到了距地面120公里的亚轨道，载荷舱通过伞降系统回收。

　　该轨道高度是正式进入太空微重力环境的分界线，微重力金属增材制造实验平台在飞行器环地飞行过程中获得了数分钟的实验时间，并在这一时间内成功制备出完整的金属零部件。

　　载荷总设计师、力学所研究员姜恒介绍，太空金属3D打印的关键技术难度在于，微重力环境下的金属熔凝过程存在失控风险。失重状态使液态金属不受重力与浮力影响，完全由表面张力、毛细力等控制，极易出现熔滴球化、断丝、气泡滞留等问题，对金属成形的精度构成挑战。

　　“金属丝一熔化，它不是往下流，而是熔成一个小球，还会沿着丝往回爬，非常难以控制。这里面有微重力环境下的流体控制、热传导机制及冶金物理等基础科学难题。”

　　此次实验，我国科研团队成功获取了太空微重力环境中金属3D打印的熔池动态特征，物料输运、全流程闭环控制、凝固行为等过程的数据，以及太空增材制造金属件的成形精度与力学性能等参数，为我国太空金属增材制造技术的快速迭代积累了宝贵的实验资料。该任务标志着我国太空金属增材制造从‘地面研究’阶段迈入‘太空工程验证’的新阶段。

　　虽然我国相比国际开展太空金属3D打印的时间晚了整整两年，但从目前的实验进度来看，两方目前进度相差不大。开展太空金属3D打印的意义，首先是能够满足空间站在轨维修的使用需求，其次是面向已经提上日程的月球基地建设项目储备技术。

　　在地球环境对金属3D打印的使用需求就如此之广，在外太空只会更甚，主要还是因为物资缺乏与发射成本高昂。而重力环境的差异让与之相关的工艺、装备、机理探索几乎要推倒重来，因此该领域研究仍属国际前沿，且距离实际应用还有很长的一段距离。

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