探索浩渺宇宙是人類從誕生以來就孜孜以求的夢想。3D打印技術(shù)是近年來最重要的技術(shù)發(fā)展方向之一，被譽為將改變二十一世紀(jì)人類生活和生產(chǎn)的重大技術(shù)突破之一。這兩者的結(jié)合賦予了太空中的3D打印極高的科技含量、極強的應(yīng)用潛力。本書從未來太空中重要的技術(shù)發(fā)展方向之一3D打印技術(shù)出發(fā)，重點闡述太空中3D打印的定義、技術(shù)手段及其重要的應(yīng)用場景。本書主要介紹了太空中的3D打印新技術(shù)、新應(yīng)用和未來展望。怎樣在空間飛船中實現(xiàn)廢物回收利用？怎樣在月球表面打印房子？在深空探測任務(wù)中飛船的零部件出現(xiàn)故障了怎么辦？這些有趣的問題都將在本書中找到答案。本書結(jié)合了作者及其研究團隊多年來在衛(wèi)星載荷新技術(shù)研究領(lǐng)域積累的豐富工程經(jīng)驗和深厚的理論基礎(chǔ)，圖例翔實、深入淺出，兼具科普性與科研性。開卷有益，愿每一位翻開本書的讀者能以此為支點，撬動屬于自己的星辰大海之旅。
（1）從太空中的3D打印的基本概念和原理出發(fā)，采用詳實的圖例說明了太空中的3D打印技術(shù)發(fā)展路線、目前現(xiàn)狀和可能的發(fā)展趨勢。（2）結(jié)合了作者及其研究團隊多年來在衛(wèi)星載荷新技術(shù)研究領(lǐng)域積累的豐富工程經(jīng)驗和深厚的理論基礎(chǔ)，圖例詳實、深入淺出，內(nèi)容兼顧基礎(chǔ)性、科普性和科研性，能夠滿足不同讀者不同的閱讀需求。（3）結(jié)構(gòu)上，以問題引導(dǎo)、基礎(chǔ)理論介紹、具體應(yīng)用、未來發(fā)展為編寫思路，重點講述了3D打印衛(wèi)星、在軌3D打印、深空探測中的3D打印等目前熱門研究內(nèi)容。
太空中的3D打印在衛(wèi)星設(shè)計與制造、火箭研發(fā)、空間飛船在軌全生命周期安全運行、深空探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，是中國、美國以及歐洲各國重點發(fā)展的太空關(guān)鍵技術(shù)之一，在一定程度上影響著月球基地建設(shè)、深空航行與探測等國家重大工程的研究進程，也是廣大科研工作者和航天科技愛好者重點關(guān)注的領(lǐng)域之一。3D打印，也稱為增材制造，通過將原材料逐層沉積疊加的增材制造工藝構(gòu)建，是從數(shù)字模型文件創(chuàng)建三維實物對象的制造過程，也是從虛擬構(gòu)想空間到現(xiàn)實物理世界一種直觀的表達方法。3D打印既是與時俱進的新技術(shù)，也是頗具歷史的成熟想法。早在20世紀(jì)40年代，從3D打印概念萌芽伊始，科學(xué)家們就一直嘗試用這種直觀的手段來堆出構(gòu)想的結(jié)構(gòu)。但直到20世紀(jì)80年代，世界上首臺結(jié)合了電腦繪圖、固態(tài)激光與樹脂固化技術(shù)的商業(yè)3D打印機橫空出世，3D打印無法實現(xiàn)的禁錮就此被打破。在此之后，隨著各種可用于打印的材料的使用以及包括熔融沉積、激光燒結(jié)、光固化等多種打印工藝的發(fā)明，3D打印已經(jīng)可以實現(xiàn)從聚合物、陶瓷、金屬到非晶合金等多種材料基的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造。3D打印是一項革命性的制造技術(shù)，因其顛覆性的工藝手段以及改變當(dāng)前制造工藝的巨大潛力，在各行各業(yè)引起了廣泛關(guān)注，被譽為工業(yè)4.0時代的關(guān)鍵技術(shù)之一。未來，人類還將開拓更廣闊的空間，3D打印正助力人類的太空探索之路。對于包括在軌工作、空間旅行、深空探測、行星基地建設(shè)之類的航天活動而言，由于原材料稀缺、運輸成本高昂和周期漫長等一系列問題，使得太空3D打印成為突破航天任務(wù)物資缺乏局限性的關(guān)鍵手段。3D打印可以幫助航天員在太空中按需創(chuàng)建物體，如用于維修的替換零件、科學(xué)實驗的定制設(shè)備，甚至食物和建筑物之類的人類移居太空的必需品，變革性地改變太空探索方式。目前，各國航天局正在考慮不久的將來在月球甚至火星上建設(shè)3D打印星球基地。本書采用圖說的方式，圍繞國內(nèi)外太空中3D打印技術(shù)的應(yīng)用和構(gòu)想展望進行闡述。全書包括四大部分、八個章節(jié)的內(nèi)容。其中，第一部分主要介紹了3D打印的概念和目前主流的3D打印技術(shù)，闡述了為什么要在太空中發(fā)展3D打印技術(shù)、與地面的區(qū)別以及所面臨的挑戰(zhàn)；第二部分主要介紹了在軌3D打印的技術(shù)現(xiàn)狀和一些應(yīng)用實例；第三部分主要介紹了太空中3D打印所使用的新材料和新技術(shù)的應(yīng)用；第四部分則描述了未來太空中3D打印的發(fā)展展望，以及3D打印對未來星際旅行中航天員生存、醫(yī)療和飛行任務(wù)等物資的自我補給的技術(shù)構(gòu)想。本書的第1～5章由李韻研究員編寫，第6章、第7章由封國寶博士編寫，第8章由李小軍研究員編寫。本書還得到了多位專家學(xué)者的指導(dǎo)，在此感謝中國空間技術(shù)研究院西安分院董士偉、李琪、葛錦蔓、劉碩、李亞峰對本書提供的寶貴意見和支持。感謝西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司陳彬、熊依萌對本書提供的寶貴意見和部分插圖。本書的部分工作獲得國家中組部青年拔尖人才項目、陜西省特支計劃青年拔尖人才項目、自然科學(xué)基金項目（項目編號 12175176、61901360）的資助。太空中的3D打印是新興的、涉及交叉學(xué)科的細分技術(shù)領(lǐng)域。近年來，各航天大國在計算機技術(shù)、機器人技術(shù)、智能制造技術(shù)突飛猛進式發(fā)展的支撐下，逐步規(guī)劃3D打印的發(fā)展藍圖。編寫一部通俗易懂、介紹工程應(yīng)用實踐的太空中的3D打印技術(shù)的科普類書籍，歸納當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀和未來展望，正當(dāng)其時。本書在編寫的過程中參考和引用了部分國內(nèi)外航天機構(gòu)的相關(guān)資料，本書的完成得益于這些開創(chuàng)性工作的構(gòu)想和實現(xiàn)，在此深表感謝。由于編著者水平有限，加之時間倉促，書中難免有諸多不當(dāng)之處，敬請廣大讀者批評指正。編著者2022年8月
第1章什么是太空中的3D打印 11.1 什么是3D 打印 21.2 為什么要3D 打印衛(wèi)星等航天器 41.3 太空中和地面的3D 打印有何不同 81.4 太空中的3D 打印所面臨的挑戰(zhàn) 91.5 太空中的3D 打印展望 10第2章目前已有的3D打印技術(shù) 122.1 熔融沉積成型3D 打印技術(shù) 122.2 電子束熔絲沉積成型3D 打印技術(shù) 152.3 選擇性激光燒結(jié)3D 打印技術(shù) 172.4 光固化成型3D 打印技術(shù) 182.5 聚光太陽能發(fā)電3D 打印技術(shù) 20第3章3D打印人造衛(wèi)星與火箭 213.1 適合在太空中應(yīng)用的3D 打印材料 223.2 3D 打印人造衛(wèi)星零部件 273.3 3D 打印衛(wèi)星整體結(jié)構(gòu) 363.4 3D 打印火箭 393.5 3D 打印發(fā)動機組件 463.6 3D 打印小衛(wèi)星 48第4章在軌3D打印 524.1 空間飛船等在軌3D 打印中面臨的挑戰(zhàn) 544.2 微重力3D 打印設(shè)備 574.3 在軌3D 打印復(fù)合材料 584.4 在軌3D 打印衛(wèi)星零部件 604.5 材料在軌循環(huán)利用 614.6 在軌建造與組裝 634.7 在軌3D 打印衛(wèi)星 70第5章深空探測中的3D打印 715.1 3D 打印月球等星球基地面臨的挑戰(zhàn) 735.2 打印星球基地需要的原材料從哪里來 745.3 各國月球基地3D 打印技術(shù)最新進展 775.4 火星基地中的3D 打印 895.5 深空探測儀器中的3D 打印 925.6 適用于深空探測極端溫度環(huán)境的打印新材料 96第6章太空3D打印的新材料 986.1 金屬材料的3D 打印 986.2 復(fù)合材料的3D 打印 1056.3 仿生材料的3D 打印 1106.4 打印材料的狀態(tài) 114第7章太空3D打印的技術(shù)應(yīng)用 1187.1 耐高溫3D 打印技術(shù) 1187.2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)型3D 打印技術(shù) 1227.3 高利用率的3D 打印技術(shù) 1277.4 集成化的3D 打印技術(shù) 1347.5 輕量化3D 打印技術(shù) 136第8章太空中的3D打印未來發(fā)展 1408.1 太空中食品的3D 打印 1408.2 星際旅行中飛船零部件的補給 1418.3 星際旅行中航天員得了重病怎么辦 1438.4 3D 打印太空著陸器 148主要資料來源 150參考文獻 151
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