空间在轨增材制造技术的研究进展与展望

空间在轨增材制造（in-space additive manufacturing,ISAM）技术是一种“空间3D”打印技术,在在轨制造和空间基地建造方面具有很好的应用前景。首先概述了空间在轨增材制造技术的主要内涵,进而全面梳理了国际上空间在轨增材制造技术的研究进展。结合空间站、在轨航天器的需求,重点分析了空间在轨增材制造关键技术对其原材料、技术手段以及设备的要求,在此基础上梳理了空间在轨增材制造技术现阶段面临的挑战。综合表明,特殊的空间环境（微重力、高真空等）都在紧密限制着空间在轨原材料、设备以及技术的选用。最后,基于当前空间在轨制造技术的发展现状、需求以及可能的实现途径,为中国空间在轨增材制造技术的未来发展指明了新的方向。     

玻璃纤维束增强聚氨酯泡沫的拉压力学性能

通过对普通聚氨酯泡沫塑料和纤维束增强聚氨酯泡沫塑料的准静态拉伸和压缩实验,研究了不同密度和纤维束质量填充比对材料力学性能的影响.实验观察表明,拉伸试件沿垂直载荷方向断裂,呈脆性破坏特征;而压缩破坏试件表面存在着斜向裂开的小块体.实验结果表明,纤维束增强泡沫塑料的应力-应变曲线具有与普通泡沫塑料相同的特征;纤维束能够有效提高材料的模量和强度;材料密度越大,纤维束和树脂基体的体积含量越高,增强效果越好.     

丝束同轴冷阴极电子束熔丝特性及TC4成形组织

针对热阴极电子束轴侧熔丝与丝束同轴冷阴极电子束熔丝方法的特点进行分析,研究了丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造熔滴过渡特点及获得滴状过渡和搭桥过渡方式需要满足的条件。采用直径2 mm的TC4钛合金丝材制备出丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造的钛合金试样,对其微观组织进行分析,结果表明:与常规热阴极电子束轴侧熔丝成形的工艺相比,丝束同轴冷阴极电子束熔丝成形试样的组织表现为等轴晶与柱状晶层层交替叠加的状态,柱状晶与等轴晶尺寸明显减小,表明成形试样的晶粒细化,力学性能得到提高。      

Technical evaluation of additive manufacturing technologies for in-situ fabrication with lunar regolith

In-Situ Fabrication and Repair can significantly reduce the construction cost of a permanent Moon base by using additive manufacturing (AM) and exploiting local resources instead of bringing all the required materials from Earth. In this article, we evaluate alternative additive manufacturing technologies for building a lunar base and maintaining it across its lifecycle. We compare alternative 3D-printing techniques, already tested for manufacturing with simulants of lunar regolith, using energy, Earth-deliverables consumption, and compressive strength of the produced samples as figures of merit. Based on our analysis, we conclude that Cement Contour Crafting and Stereo-lithography AM techniques are the most promising solutions for the construction of outdoor lunar infrastructure and small precise parts and instruments, respectively.     

制造科学与工程的学科发展与前沿研究问题

从制造技术的发展过程,讨论了制造科学与工程学科产生、形成、发展及其趋势,提出该学科的研究内容可以划分为4个部分:制造基础理论、现代制造技术、新兴制造学科分支和制造技术工程应用,总结了该学科系统性、复杂性、交叉性、创新性和实践性等特点,并综合介绍了制造科学与工程学科当前的11个前沿和热点研究方向.      

Formation of polymer micro-agglomerations in ultralow-binder-content composite based on lunar soil simulant

We report results from an experiment on high-pressure compaction of lunar soil simulant (LSS) mixed with 2–5?wt% polymer binder. The LSS grains can be strongly held together, forming an inorganic-organic monolith (IOM) with the flexural strength around 30–40?MPa. The compaction pressure, the number of loadings, the binder content, and the compaction duration are important factors. The LSS-based IOM remains strong from ?200?°C to 130?°C, and is quite gas permeable.     

泡沫塑料拉伸力学性能的研究

对高密度泡沫塑料进行了拉伸实验,研究了材料的拉伸力学性能,并考虑了应变率效应和温度效应.实验结果表明:高密度硬质聚氨酯泡沫塑料在拉伸加载下应变率效应不太明显,但温度效应却十分明显.在拉伸加载下泡沫塑料具有明显的脆性变形特征,其应力-应变曲线存在明显的非线性.此外, 文中对泡沫塑料的模量和强度进行了理论预测, 预测值与实验值基本一致.     

Spaceflight-relevant types of ionizing radiation and cortical bone: Potential LET effect?

Extended exposure to microgravity conditions results in significant bone loss. Coupled with radiation exposure, this phenomenon may place astronauts at a greater risk for mission-critical fractures. In a previous study, we identified a profound and prolonged loss of trabecular bone (29–39%) in mice following exposure to an acute, 2 Gy dose of radiation simulating both solar and cosmic sources. However, because skeletal strength depends on trabecular and cortical bone, accurate assessment of strength requires analysis of both bone compartments. The objective of the present study was to examine various properties of cortical bone in mice following exposure to multiple types of spaceflight-relevant radiation. Nine-week old, female C57BL/6 mice were sacrificed 110 days after exposure to a single, whole body, 2 Gy dose of gamma, proton, carbon, or iron radiation. Femora were evaluated with biomechanical testing, microcomputed tomography, quantitative histomorphometry, percent mineral content, and micro-hardness analysis. Compared to non-irradiated controls, there were significant differences compared to carbon or iron radiation for only fracture force, medullary area and mineral content. A greater differential effect based on linear energy transfer (LET) level may be present: high-LET (carbon or iron) particle irradiation was associated with a decline in structural properties (maximum force, fracture force, medullary area, and cortical porosity) and mineral composition compared to low-LET radiation (gamma and proton). Bone loss following irradiation appears to be largely specific to trabecular bone and may indicate unique biological microenvironments and microdosimetry conditions. However, the limited time points examined and non-haversian skeletal structure of the mice employed highlight the need for further investigation.     

AerMet100—极好综合性能的超高强度钢

介绍了综合性能优良并有广泛应用前景的新型超高强度钢ＡｅｒＭｅｒ１００，与经超高强度钢相比，它具有更突出的综合性能；高强度、高硬度、高断裂韧性和延展性、优良的抗疲劳性能和抗应力开裂性能。     

基于Simapro的气动与电动执行器生命周期评价

在机械性能和工况相近的情况下,对3组气动执行器和电动执行器进行生命周期评价(LCA,Life Cycle Assessment),分析了气动和电动执行器的环境影响评价主要因素,确定了两种执行器的LCA研究范围、系统边界和时间边界,归纳了两种执行器制造过程的主要工艺和零部件的工艺特征,最后在Simapro 7.1中进行了两种执行器的评价框架建立和数据录入,根据Eco-indicator 99进行了两种执行器LCA对比分析.结果表明,执行器对资源的环境影响约占环境影响综合值的50%;机械性能和工况相近的气动和电动执行器,电动执行器的环境影响比气动执行器大.     

Comparative study of the influence of natural convection on directional solidification of Al–3.5 wt% Ni and Al–7 wt% Si alloys

We present numerical simulations of thermosolutal convection for directional solidification of Al–3.5 wt% Ni and Al–7 wt% Si. Numerical results predict that fragmentation of dendrite arms resulting from dissolution could be favored in Al–7 wt% Si, but not in Al–3.5 wt% Ni. Corresponding experiments are in qualitative agreement with the numerical predictions. Distinguishing the two fragmentation mechanisms, namely dissolution and remelting, is critical during experiments on earth, when fluid flow is dominant.     

微纳卫星相机主承力构件轻量化设计与增材制造

针对20kg微纳遥感卫星相机主承力构件的轻量化需求,以转接环、次镜环和主背板三个主承力构件为研究对象,开展面向选区激光熔化增材制造技术的结构设计与制造关键技术研究。结果表明,设计的0.5mm折边结构具有良好的抗压缩和扭转等力学性能,在实现轻量化的同时,可显著提升构件的支撑强度。通过45°斜壁与微桁架结构,实现无辅助支撑增材制造。从能量输入、结构微调及加快热传导三个方面入手,有效解决了打印过程尖角变形难题。最终获得了质量分别为89g、87g和546g的三个轻量化主承力构件。搭载原理样机开展系统装调与地面力学试验,通过了8G重力加速度测试,实现了卫星相机大型复杂结构主承力构件的高承载和轻量化制造。     

基于CT 技术的金属键合引线三维测量专用夹具

准确测量金属键合引线三维形貌,进而通过仿真方式获得键合引线S参数,是评估键合引线对器件级联工艺影响的重要手段。X射线电子计算机断层扫描技术是进行级联电路芯片中金属键合引线测量的有效工具,但是由于级联电路芯片中的键合引线材料、形状、尺寸的特殊性,需要研究专用的夹具提升测量准确度,本文通过结构优化、材料筛选,设计出一种更加稳定、准确度更高的新型测量夹具。     

面向网络化制造的数控车间组织模式

分析了网络化制造的基本特征和内涵,提出了面向企业的网络化制造系统运行模式;在对某大型航空制造企业的数控车间调研与应用实施的基础上,针对其组织模式存在问题,采用分行企业和独立制造岛的思想建立了适合数控车间网络化、敏捷化制造的分形组织模型;针对车间原有生产模式、产品特性,提出了基于成组技术的数控车间生产单元和生产线的划分方法,建立了面向产品流程的机构组成规则和车间内部的服务支援规则.该模型、方法、原则对传统的离散制造企业具有普遍的适用性,现已成功地被该数控车间采纳.     

钢筋混凝土Z形柱正截面承载力与延性

针对目前异形结构技术规程中没有明确Z形柱设计的技术规定,基于双向压弯钢 筋混凝土构件截面的非线性分析和编制的相应分析程序,对钢筋混凝土Z形柱正截面极限承载 力和延性进行了数值分析.研究了轴压比、荷载角、配筋率、混凝土强度、肢长厚比等因素 对双向压弯钢筋混凝土Z形柱正截面极限承载力、延性的影响,给出无量纲的正截面极限承载 力的曲线和曲率延性与各种影响因素的关系曲线.得出一些有益的结论:Z形柱正截面极限承 载力受轴压比、荷载角、混凝土强度、纵筋配筋率、肢长厚比的影响较大,箍筋配筋对正截 面极限承载力影响不明显;轴压比是Z形柱截面延性的最主要影响因素,而肢长厚比对柱延性 影响不大.      

金合金锡铅软钎焊接头脆性行为

采用Sn63Pb37钎料对Au60AgCu合金进行钎焊试验.对钎焊接头的微观组织、显微硬度、化合物相成分、力学性能及断口形貌进行了分析,并探讨了界面化合物相对接头脆性的影响.结果表明:Au60AgCu合金接头化合物主要由AuSn₂,AuSn₄和Ag₃Sn组成.金属间化合物的硬度很高,其厚度随钎焊温度的升高及保温时间的增长而增厚.钎焊接头剪切性能测试表明,断裂发生在金属间化合物层,断口形貌为脆性断裂.     

大型特斯拉变压器内铁芯成型叠积方式的研究

从大型特斯拉变压器对铁芯性能的基本要求出发,根据硅钢薄带、树脂粘接剂及叠片的物理机械性能,导出了内铁芯断面硅钢薄带成型曲线的数学公式,详细分析了内铁芯的结构形式、成型基本叠积单元及薄带插叠原则, 最后, 给出了内铁芯整体成型叠积方式及叠片分布规律.      

颗粒增强型金属基复合材料的研究进展

金属基复合材料目前正在朝着大规模商业化的方向发展，颗粒增强型金属基复合材料以其低成本、优良综合性能的特点处于发展的前列。列举了典型材料的性能特点；分析了颗粒增强型金属基复合材料在航天结构中的应用及其在应用过程中存在的一些问题及改进措施；最后展望了金属基复合材料工程应用的前景。