金属材料空间3D打印技术研究现状.pdf

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1、第23卷第5期载人航天Vol.23No.52017年10月MannedSpaceflightOct.2017金属材料空间3D打印技术研究现状梁静静，杨彦红，金涛，周亦胄，孙晓峰（中国科学院金属研究所，沈阳110016）摘要：空间3D打印技术对航天器维护及深空探测具有重要意义。结合金属材料3D打印技术的特点及空间的微重力环境，从热源适应性、材料适应性、成形工艺适应性等方面探讨了金属空间3D打印所面临的困难。在此基础上，提出了空间3D打印宜选取电子束或激光为热源、丝材为原料的技术方案，并简述了目前国际上3D打印技术在微重力环境下金属材料制备方面的研究现状，分析

2、了微重力条件下金属材料凝固时气孔等凝固缺陷的形成及元素偏析行为。围绕空间站建设和载人深空探测需求，讨论了金属材料空间3D打印在空间站自我修复及金属构件在轨制备等方面的应用前景。关键词：空间3D打印；金属构件；微重力；空间站中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1674-5825（2017）05-0663-07ResearchStatusof3DPrintingTechnologyforMetalsinSpaceLIANGJingjing，YANGYanhong，JINTao，ZHOUYizhou，SUNXiaofeng（InstituteofMeta

3、lResearch，ChineseAcademyofSciences，Shenyang110016，China）Abstract：3Dprintingtechnologyinspaceisofgreatsignificancetothemaintenanceofspacecraftanddeepspaceexploration.Thedifficultiesofmetal3Dprintinginspacewerediscussedfromsever-alaspectsincludingtheheatsourceadaptability，themateria

4、ladaptability，theprocessadaptabilityandsoon.Onthisbasis，itisproposedthat3Dprintinginspaceshouldchooseelectronbeamorla-serastheheatsourceandwireastheinputmaterialstate.Thecurrentstatusof3Dprintingformetalhardwareundermicro-gravitywasbrieflyintroduced.Theinfluenceofreducedgravityont

5、hesolidifi-cationbehaviorandmicrostructuresofmetalswasanalyzed.Finally，theprospectof3Dprintinginspacestationconstructionandmanneddeepspaceexplorationwasdiscussed.Keywords：3Dprintinginspace；metalhardware；microgravity；spacestation直接制备工业、军事需要的皮卫星、纳卫星和具有1引言战略功能的在轨平台，甚至可将捕获的航天器进增材制造（Ad

6、ditiveManufacturing，又称3D打行拆卸，在轨道上组装出新的航天器或空间武器。印技术）是一种新兴的先进制造技术。与传统工目前，我国正在进行空间站建设、载人航天计［3］艺相比，增材制造是利用计算机设计三维图形，而划和月球探测计划。如果实现功能结构件的后采用“逐点扫描成型”以实现零部件的近净成空间制造、空间废弃零部件的回收再制造、月球资［1］形。随着3D打印技术的发展，其独特的工艺源的利用与原位制造等，将对我国空间探索产生特点在航天器维护及空间武器的在轨制造方面展巨大的推动作用。［2］现出了广阔的应用前景：不仅可以实现在轨设与地面环境相比，空间

7、环境极为特殊：微重力-5-6-4计、制备一些具备特殊功能的新零件，实现航天器（10～10g）、超高真空（低于1.33×10～-7的自我修复和更新换代，还有望实现在航天器内10Pa）、强辐射、温度变化幅度大（-200～＋90℃）收稿日期：2017-04-06；修回日期：2017-08-10基金项目：国家自然科学基金（51401210）；载人航天预先研究项目（030302）第一作者：梁静静，女，博士，副研究员，研究方向为金属材料增材制造、高温合金成分优化设计。E-mail：jjliang＠imr.ac.cn664载人航天第23卷［4］等，这些因素对在轨3D打印

8、工艺和材料提出了特殊要求。其中，影响空间站舱内在轨3D打印的主要因