前言

太空中的3D打印在卫星设计与制造、火箭研发、空间飞船在轨全生命周期安全运行、深空探测等领域具有广泛的应用潜力，是中国、美国以及欧洲各国重点发展的太空关键技术之一，在一定程度上影响着月球基地建设、深空航行与探测等国家重大工程的研究进程，也是广大科研工作者和航天科技爱好者重点关注的领域之一。

3D打印，也称为增材制造，通过将原材料逐层沉积叠加的增材制造工艺构建，是从数字模型文件创建三维实物对象的制造过程，也是从虚拟构想空间到现实物理世界一种直观的表达方法。3D打印既是与时俱进的新技术，也是颇具历史的成熟想法。早在20世纪40年代，从3D打印概念萌芽伊始，科学家们就一直尝试用这种直观的手段来堆出构想的结构。但直到20世纪80年代，世界上首台结合了电脑绘图、固态激光与树脂固化技术的商业3D打印机横空出世，3D打印无法实现的禁锢就此被打破。在此之后，随着各种可用于打印的材料的使用以及包括熔融沉积、激光烧结、光固化等多种打印工艺的发明，3D打印已经可以实现从聚合物、陶瓷、金属到非晶合金等多种材料基的复杂结构制造。

3D打印是一项革命性的制造技术，因其颠覆性的工艺手段以及改变当前制造工艺的巨大潜力，在各行各业引起了广泛关注，被誉为工业4.0时代的关键技术之一。未来，人类还将开拓更广阔的空间，3D打印正助力人类的太空探索之路。对于包括在轨工作、空间旅行、深空探测、行星基地建设之类的航天活动而言，由于原材料稀缺、运输成本高昂和周期漫长等一系列问题，使得太空3D打印成为突破航天任务物资缺乏局限性的关键手段。3D打印可以帮助航天员在太空中按需创建物体，如用于维修的替换零件、科学实验的定制设备，甚至食物和建筑物之类的人类移居太空的必需品，变革性地改变太空探索方式。目前，各国航天局正在考虑不久的将来在月球甚至火星上建设3D打印星球基地。

本书采用图说的方式，围绕国内外太空中3D打印技术的应用和构想展望进行阐述。全书包括四大部分、八个章节的内容。其中，第一部分主要介绍了3D打印的概念和目前主流的3D打印技术，阐述了为什么要在太空中发展3D打印技术、与地面的区别以及所面临的挑战；第二部分主要介绍了在轨3D打印的技术现状和一些应用实例；第三部分主要介绍了太空中3D打印所使用的新材料和新技术的应用；第四部分则描述了未来太空中3D打印的发展展望，以及3D打印对未来星际旅行中航天员生存、医疗和飞行任务等物资的自我补给的技术构想。

本书的第1～5章由李韵研究员编写，第6章、第7章由封国宝博士编写，第8章由李小军研究员编写。本书还得到了多位专家学者的指导，在此感谢中国空间技术研究院西安分院董士伟、李琪、葛锦蔓、刘硕、李亚峰对本书提供的宝贵意见和支持。感谢西安铂力特增材技术股份有限公司陈彬、熊依萌对本书提供的宝贵意见和部分插图。本书的部分工作获得国家中组部青年拔尖人才项目、陕西省“特支”计划青年拔尖人才项目、自然科学基金项目（项目编号12175176、61901360）的资助。

太空中的3D打印是新兴的、涉及交叉学科的细分技术领域。近年来，各航天大国在计算机技术、机器人技术、智能制造技术突飞猛进式发展的支撑下，逐步规划3D打印的发展蓝图。编写一部通俗易懂、介绍工程应用实践的太空中的3D打印技术的科普类书籍，归纳当前的技术现状和未来展望，正当其时。本书在编写的过程中参考和引用了部分国内外航天机构的相关资料，本书的完成得益于这些开创性工作的构想和实现，在此深表感谢。

由于编著者水平有限，加之时间仓促，书中难免有诸多不当之处，敬请广大读者批评指正。

编著者

2022年8月