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科普中国网中国太空 3D 打印的样件回来了，看这成品可还行？

【科普中国网中国太空 3D 打印的样件回来了，看这成品可还行？】
空间站少零件了怎么办？3D打印就完了 。

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中国首次太空3D打印的两个样件|中国空间技术研究院
作者|杨怀超张昊
5月5日 ， 长征五号B火箭将中国新一代载人飞船试验船送上太空 。 在经历了三天的太空遨游后 ， 5月8日 ， 返回舱成功返回东风着陆场 。 除了搭载的一台中国自主研制的"复合材料空间3D打印机" ， 还带回了在轨打印的两个样件 。
这是全球首次实现连续碳纤维增强复合材料的太空3D打印 ， 引起一大波关注 。

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最近十几年 ， 3D打印遍地开花 ， 很多人都说它会掀起"第四次工业革命" 。 这么厉害的技术 ， 到底是什么样的？这个名字很长的材料是什么？为什么一定要跑到太空中做试验呢？
专为"复杂结构"而生的3D打印技术
先说技术 。 3D打印本质上是一种逐层制造技术 ， 又称增材制造技术 ， 字面意思 ， 就是制造过程中材料是往上加的 。 与之对应的是传统的减材制造技术 ， 如车、铣、刨、磨等 ， 材料是往下减的 。
相比传统技术 ， 3D打印能够轻而易举地制造一些具有复杂结构的模型 ， 可极大扩展设计师的思路 。 比如下面这对棋子 ， 国际象棋的王和后 。 左边棋子外形相对简单 ， 用减材制造方式、拿两根圆柱用车床沿着外轮廓划一圈 ， 就完成了 。 但如果这对棋子设计得更复杂一些 ， 变成右图的样子 ， 传统方法就比较困难了 ， 即便能做出来 ， 造价也非常高昂 。

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普通棋子（左）和3D打印棋子（右）|作者供图
但如果采用3D打印方式 ， 就没有那么贵了 。 至少能把费用控制在可接受的范围内 。 这是为什么呢？
技术原理决定成本范围
3D打印技术不是一种技术 ， 而是一类技术 。 其历史可追溯到1960s ， 最早的商业化设备则由美国人CharlesW.Hull在1987年前后推出 ， 称作SLA-1 ， 即立体光刻 。 其工序可代表整个3D打印技术的基本思路 。
光刻是利用材料的感光特性 ， 通过光照改变其物理/化学性质 ， 将被光照和未被光照的部分分开 ， 以达到成型效果 。 比如 ， 某种材料被光照之后会变得易溶 ， 只要把想要的部分遮住 ， 再曝光 ， 就可以把多余的部分洗掉 。
立体光刻也是基于类似的原理 ， 不过它是将制品的数字模型分割成很多薄层 ， 然后从最底层开始 ， 一层一层地加工出来 ， 最后形成一个立体制品 。
具体而言 ， 打印设备会包含一个液体槽 ， 里面有一种特殊液体 。 这种液体受到紫外线激光照射会变成固体 ， 而没有被照射到的地方仍然保持液体状态 。 打印的时候 ， 紫外线激光会按照薄层的形状进行涂抹 ， 液体同时完成凝固 。 一层打印完之后 ， 打印平台（激光照射）上升 ， 接着固化下一层 ， 直到所有薄层全部完成 。

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用SLA打印的模型 ， 表面光滑细腻 ， 上色后质感绝佳 ， 几乎可以以假乱真 。 |作者供图
这是最早的商业化技术 。 其他技术也都使用类似的思路 。 比如 ， 和立体光刻几乎同时发展起来的熔融沉积成型（FDM）技术和选择性激光烧结（SLS）技术 。
这次飞行任务采用的就是熔融沉积成型技术 。 我们来看它的技术实现原理 ， 和立体光刻可以说有异曲同工之妙 。
熔融沉积成型技术是目前最常见的一种3D打印技术 ， 看名字就知道是把某种材料加热融化 ， 然后一点点堆起来 ， 固化成型 。


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