增材制造技術在載人航天工程中的應用與展望

劉洋，周建平，張曉天

(1. 北京航空航天大學 宇航學院，北京 100191； 2. 中國載人航天工程辦公室，北京 100094)

增材制造技術（additive manufacturing, AM）也被稱為3D 打印技術。傳統制造工藝是在原材料的基礎上，進行去除、切削等的“減材制造”，而增材制造是以數字模型文件為基礎，通過計算機軟件與專門的控制系統將專用的材料等，通過多種制造方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術。在載人航天領域，增材制造技術具有良好的應用前景。他可以用于制造飛行器的復雜零部件，也可以實現在軌制造難以由地面發(fā)射的飛行器部件。因此，主要航天大國都將增材制造技術作為載人航天的重要研究方向。

自2010 年起，美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局在增材制造技術的研發(fā)上投入了大量的人力物力，開展了一系列空間增材制造項目的研究。NASA 制定了從地面制造到國際空間站制造，再到地外天體就地制造的三階段增材制造技術發(fā)展計劃[1]。

中國航天系統近年來對增材制造技術進行了大量研究。2013 年，中國航天科技集團一院211 廠與華中科技大學合作，成立聯合實驗室，開展增材制造技術研究[2]。近年來，中國也實現了增材制造的在軌試驗，并將增材制造產品應用于航天飛行器。在2020 年的中國航天大會上，面向空間超大型天線結構的在軌增材制造技術作為2020 年宇航領域十大科學問題和技術難題之一被發(fā)布[3]，在軌增材制造技術對空間超大型天線系統的在軌建設具有重要意義。

當前，應用于載人航天領域的增材制造技術主要有針對高分子材料與熱塑性良好的復合材料的熔融沉積成型技術；針對金屬材料的激光選區(qū)熔化技術、熱噴涂增材技術與線材電弧增材制造技術；月壤增材制造技術。本文總結了上述技術，梳理了增材制造技術在載人航天領域的應用方向，并對增材制造技術在載人航天工程的未來發(fā)展方向進行了整理。當前，增材制造技術在載人航天領域的挑戰(zhàn)有：①現有常用材料，如粉末材料與絲材存在在軌制造的缺陷，應發(fā)展適合載人航天工程的材料體系；②微重力環(huán)境下，流體的形態(tài)與制造的物理化學過程與重力條件下有顯著差別，應進一步研究微重力環(huán)境對增材制造的影響；③增材制造的配套工藝需要進一步發(fā)展。

1 載人航天增材制造方法

1.1 熔融沉積成型技術

熔融沉積成型技術（fused deposition modeling,FDM）誕生于1988 年。該技術通過電加熱的方式，將原材料熱熔性絲材升溫至熔融狀態(tài)，隨后通過計算機軟件，使用帶有細微噴嘴的噴頭噴擠熔融的絲材，實現熔體逐層堆積，從而實現立體成型[4]。通常熔融沉積成型技術需要使用2 種材料，分別實現成品的建模與支撐，支撐材料可在成型過程完成后剝除，或由特殊溶液溶解，得到最終零件。

熔融沉積成型技術主要使用熱塑性良好的復合材料與高分子材料。這一類材料具有一系列適應增材制造技術的性質，如良好的流動性，在相對較低溫度下的熱塑性及快速冷卻黏結性。此外，一些高分子材料還具有在光照等條件下快速固化的能力。這些特性使其得以在增材制造領域得到大規(guī)模應用。

在航天領域，熔融沉積技術是較早應用和試驗的空間增材制造技術。當前主要用于航天熔融沉積成型技術的高分子材料有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚乳酸（PLA）等。ABS 適用于熔融沉積成型技術，具有良好的耐熱性、韌性與柔韌性，同時其制品尺寸穩(wěn)定，表面光澤性好[5]；與ABS 相比，PLA 還具有其他優(yōu)異的性能，如熔化后容易附著和延展，打印時無異味且打印后的材料幾乎不會收縮[6]；PEEK 具有良好的耐熱性與穩(wěn)定性，并且與碳纖維、陶瓷材料、金屬化合物等增強相改性形成的PEEK 基復合材料具有更為優(yōu)異的物化性能或可以形成具有某種特定作用的功能性材料[7]。目前，中美等國已開展了多個地面和在軌熔融沉積成型增材制造試驗。

2014 年9 月21 日，SpaceX 公司的貨運飛船將太空制造公司（made in space, MIS）與NASA 合作開發(fā)的零重力增材制造設備運送到了國際空間站。如圖1 所示，該設備使用熔融沉積成型技術，于2014 年11 月24 日制造了一個擠壓機的外殼面板，實現了太空中的首次增材制造試驗[8]。2015 年，意大利航天局ASI 資助凱捷公司、泰勒斯阿萊尼亞太空公司與意大利理工學院制造的一臺增材制造設備也被送入國際空間站，該設備使用PLA 作為打印材料，進行了一系列在軌增材制造試驗[9]。

圖1 NASA 實現的首次太空增材制造試驗[8]Fig. 1 NASA’s first space additive manufacturing test[8]

2016 年3 月，中國科學院團隊利用拋物線飛機，在微重力和正常重力環(huán)境下開展了PLA 與碳纖維增強PLA 材料的熔融沉積工藝研究，以驗證微重力對熔融沉積制造技術的影響[10]。2020 年，中國自主研制的復合材料空間增材制造系統在由長征五號B 型運載火箭發(fā)射的試驗飛船在軌期間，完成了連續(xù)纖維增強復合材料的打印[11]。長征五號B 運載火箭在軌完成的復合材料打印試驗，是中國首次開展的在軌增材制造試驗，同時也是世界首次連續(xù)碳纖維增強復合材料的在軌增材制造試驗。在本次試驗中使用的連續(xù)纖維增強復合材料具有較高的比強度和比模量，具有密度低、強度高等特點，是當前應用于國內外航天器結構制造的主要材料。

在軌制造時，太空環(huán)境會對FDM 技術使用的高分子材料產生影響。例如PLA 材料受高真空、高交變溫度、強輻射的影響較大， 因此難以用于艙外制造，但可以在艙內制造中進行使用。而微重力環(huán)境會對熔融的高分子材料的流體性能產生影響，導致制造部件的性能與地面試驗有所差異。微重力對增材制造技術的影響將在3.2 節(jié)詳述。

1.2 激光選區(qū)熔化技術

激光選區(qū)熔化技術（selective laser melting, SLM）是一種被廣泛應用于金屬材料的增材制造技術，采用高能量密度激光器作為熱源，在20～100 μm 的范圍內集中激光光斑, 選擇顆粒直徑在5～50 μm間的球形金屬粉末進行融化, 可以制備高自由度的復雜金屬零件, 生成高致密度零件。激光選區(qū)熔化技術成形精度高，適用于薄壁、復雜曲面、空間點陣等特殊的復雜結構。相較于傳統制造工藝，SLM能夠很大程度上節(jié)約加工周期，避免浪費材料，降低模具成本[12]。

NASA 和洛克達因公司合作,基于SLM 增材制造技術實現了液氧、氣氫火箭噴注器的整體制造。噴注器是火箭發(fā)動機系統的重要組成部分,在制造成本中占最大部分。NASA 和洛克達因公司在嚴格的測試環(huán)境中對激光增材制造的噴注器整體結構開展了試驗，實現了結構減重，并且顯著提高了制造效率、節(jié)約了70%的生產成本[12-13]。

2016 年，航天科工三院與西北工業(yè)大學合作，針對航天發(fā)動機渦輪泵核心零件油冷渦輪葉片軸轉子，進行了增材制造技術的工程應用研究。該研究通過使用SLM 技術，使結構的換熱冷卻效果提升了90%[14]。

近年來，利用SLM 技術生成復雜結構的優(yōu)勢，進行復雜構型輕量化點陣結構的制造也是熱點研究方向之一。文獻[15-16]通過把經典的八隅體桁架結構應用于激光增材制造點陣結構中，設計出了在動態(tài)和靜態(tài)載荷下均具有優(yōu)異的能量吸收功能的八隅體金屬點陣結構，最終的成形結構在高達103/s 的應變速率條件下仍具有良好吸能效果。

1.3 線材電弧增材制造技術

線材電弧增材制造技術（wire and arc additive manufacturing，WAAM）是一種采用不同焊機產生的電弧為熱源，在程序的控制下，利用逐層熔覆原理，不斷添加絲材實現金屬零件構造的技術[17-20]。WAAM 具有沉積效率和絲材利用率高，整體制造周期短且成本低，對零件尺寸限制少，易于修復零件等優(yōu)勢，此外還可以使用原位合金化改變材料的化學成分，從而改變加工工件的材料性能。WAAM 具有原位復合制造及在軌制造成形大尺寸零部件的能力，因此，WAAM 被認為在軌制造大規(guī)模金屬設備方面具有廣闊的前景[21]。

1.4 熱噴涂增材技術

熱噴涂增材制造技術是將粉末或絲狀的絲材加熱至熔化狀態(tài)，在高速氣流的推動下將材料加速噴涂到基材表面，形成涂層的加工技術。根據不同的熱源，熱噴涂技術可以分為電弧噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂、等離子噴涂等技術[22]。熱噴涂增材技術可用于航天部件，例如火箭頭部和噴管、整流罩、天線等的涂層制造，實現耐熱、防黏連、抗輻射、抗沖蝕等功能。

1.5 月壤增材制造技術

月球是離地球最近的星球，是至今人類了解最多的星球，月球探測是21 世紀世界航天活動的重點方向。以月球為跳板，建立月球基地，逐步開展宇宙深空探索，是全球航天界聚焦的技術路線。然而，如果建立月球基地的材料均由地球運輸至月球，將產生大量的原材料運輸成本。據估算，在月球表面建造一個與國際空間站相似規(guī)模的永久性基地，僅原材料從地球運送至月球的成本就高達50 億美元[23]。因此，研究月壤增材制造技術，進而用于月球原位制造具有重大意義。

由于月壤中的納米鐵顆粒可以吸收微波輻射，因此月壤增材制造技術可以運用SLM 技術[24]。利用特殊設計，適應環(huán)境的激光選區(qū)熔化技術的相關設備，使用月球表面的月壤資源，在月球表面原位制造出結構單元、維修工具和零件等，可以滿足未來月面探測任務的需要。2014 年 ，Barmatz 等[25]對SLM 工藝設備的激光打印頭進行了改造，添加了微波加熱模塊的打印頭，可以直接模擬月壤粉體熔合燒結成為結構件，該項技術縮短了構件成型時間，也提高了激光的使用效率。如圖2 所示，2019 年，北京航空航天大學的李雯等[24]對基于激光選區(qū)熔化技術的模擬月壤原位成形技術進行了研究，對該技術的可行性進行了驗證。

圖2 模擬月壤SLM 實驗結果[24]Fig. 2 Experimental results of lunar regolith simulant by SLM[24]

光固化增材制造技術是另一種可用于月壤增材制造的技術。現有的光固化增材制造工藝可以分為立體光固化成型（stereo lithography apparatus, SLA）技術和數字光處理（digital light processing, DLP）技術。SLA 技術的光源是波長為355 nm 或405 nm 的紫外激光，當激光點在第1 層光敏樹脂薄層上進行掃描時，會激活樹脂體系中的光引發(fā)劑與樹脂單體迅速發(fā)生交聯固化反應而形成固化層，然后設備成型平臺會下降一定的高度，當第2 層液態(tài)光敏樹脂薄層在之前形成的固化層表面流平后，再開啟激光光源對樹脂薄層進行掃描從而形成新的固化層，如此反復，最終得到所需構件。DLP 技術原理與SLA技術十分相似，DLP 技術同樣是利用光源激活光敏樹脂體系中的光引發(fā)劑發(fā)生光固化反應形成結構件，但DLP 技術采用的是投影儀數字面光源，該構件的每個固化層是經由整個面光源一次照射成型的。在實際應用中，DLP 具有成型速度快、成型工藝限制少、設備體積較小、尺寸精度高等優(yōu)點[26]。2019 年，Liu 等[27]將CLRS-2模擬月壤粉體與光敏樹脂混合，采用光固化3D 打印機成功打印出了精度高達（99.0±0.5）%的打印件胚體，驗證了數字光處理技術進行月壤3D 打印的可行性。

如表1 所示，對應用于載人航天工程的增材制造技術與其應用領域進行了總結。

表1 應用于載人航天工程的增材制造技術及其具體應用領域Table 1 Additive manufacturing technologies used in manned space engineering and their specific application fields

2 應用方向

2.1 在軌制造飛行器替換件

為了提高在軌飛行器的可靠性，防止意外發(fā)生，長時間的載人航天任務往往需要大量的在軌維修部件。如圖3 所示，Cirillo 等[28]使用2011 年國際空間站的平均故障間隔時間估計了2012—2020年國際空間站后勤維護的需求。他們的結果顯示，為了應對國際空間站可能發(fā)生的各種故障，需要有13 000 kg 的在軌備件及18 000 kg 可以隨時升空的地面?zhèn)浼Ｈ欢挥胁坏?%的備件最后會被真正用于替換。為了覆蓋幾乎所有潛在的故障，需要準備各種備件，但故障本身是隨機的，因此只有少數備件最終投入使用。如果以這種方式為未來的深空載人航天任務提供保障，那么備件發(fā)射升空將耗費大量資源。

圖3 國際空間站2012—2020 年后勤維護需求估計示意圖[28]Fig. 3 Schematic diagram of logistics maintenance demand estimation of International Space Station from 2012 to 2020[28]

2016 年，太空制造公司研制的第2 代增材制造設備被送往國際空間站，該設備提高了xyz軸成型尺寸和分辨率，制造了科學試驗樣條、輻射探測器保護殼等多種工具。

太空制造公司研究的“VULCAN”太空金屬制造系統采用了增材減材復合工藝與機器人技術，可實現較高精度金屬零件的制造。該系統在增材制造方面使用了線材電弧增材制造技術。“VULCAN”系統可以使用30 多種材料，包括高性能熱塑性復合材料、鈦、不銹鋼、鋁等材料，可以在航天器中實現金屬零件的在軌增材制造[29]。

通過增材制造技術在軌制造飛行器替換件的主要優(yōu)勢在于，航天員可以按需使用原材料制造備件，這種及時的制造能力為故障維修提供了靈活性，減少了不確定性，從而減少了需要保留的備件庫存。增材制造技術可以為載人航天任務提供更為廣泛的風險覆蓋。此外，增材制造原材料在體積上比備件更緊湊，從而降低了裝載體積。2014 年，美國國家研究委員會（National Research Council，NRC）估計增材制造的原材料可以包裝成比當前配件高100 倍的密度進行發(fā)射。通過該方案對空間利用效率的提升，可以用于增加載人航天任務中航天員的可居住空間或用于科學實驗的空間。同時，結合增材制造材料回收技術，在軌原材料的質量可以進一步降低。在未來載人航天的深空探索中，實現飛行器在軌可更換部件可以應對有效載荷維護和科學實驗中的突發(fā)情況，保障飛行安全[30]。

2.2 在軌制造難以發(fā)射升空的部件

大型空間結構在軌制造的方法通常是將三角形橫截面梁與預制橫梁連接形成三角形支柱。這種方法只能構建預定義幾何形狀的支柱型結構，因此缺乏靈活性[31]。增材制造技術為在軌制造大型部件創(chuàng)造了條件。在太空制造的部件不必考慮發(fā)射時的加速度與振動，也不受整流罩尺寸的限制，因此可以以更高的自由度重新優(yōu)化部件，在空間站制造遠超火箭發(fā)射條件限制規(guī)模的大型天線和天線陣列、反射器、桁架等。

以大型桁架的制造為例，基于現有技術的空間桁架結構航天器，在軌運行規(guī)模區(qū)間通常在10～100 m 量級。未來太空探索中，大型化、輕質化、高性能、低成本的空間桁架需求廣泛；以空間桁架為支撐平臺的巨型設施，如超大面積天線、在軌服務平臺等，其建成后的幾何尺寸將達0.1～10 km 量級，且質量超萬噸規(guī)模，這種結構難以按照現有“地面制備，火箭運輸，空間應用”的運營模式實施，但增材制造技術使在軌制造這種大型桁架成為了可能。2012 年，NASA 提出了千米級空間大型桁架結構的在軌制造概念[32]。2017 年，美國太空制造公司在地面上使用增材制造技術制造了一個37.7 m 長的橫梁，證明增材制造技術可以制造規(guī)模數倍于增材制造機器本身的部件[29]。

2.3 制造飛行器復雜部件

在飛行器復雜部件的制造方面，相比傳統制造技術，增材制造技術在某些情況下更有優(yōu)勢。

2018 年，中國發(fā)射的嫦娥四號中繼星搭載了航天科技集團五院采用增材制造技術研制的多個復雜結構的鋁合金結構件，是中國采用增材制造的型號產品首次實現在軌應用。該衛(wèi)星搭載的增材制造零件采用了拓撲優(yōu)化構型，大幅降低了零件質量，有效提升了承載比[33]。

2019 年，中國航天科技集團一院通過增材制造技術實現了首批長征五號運載火箭芯級捆綁支座的批生產。這是中國首個采用全增材制造技術制造的m 級關鍵承力構件。此前制造這一部件的方法是材料去除量大、加工周期長的鍛造再機械加工高強鋼的方式成型。而增材制造技術采用具有更高比強度的鈦合金材料，利用激光同步送粉增材制造技術，實現制造部件的整體成形。該產品經過檢測，整體的綜合性能已經達到了此前鍛件的水平，且實現了較大的質量減輕，較原設計減重30%[34]。

2021 年，長征二號F 遙十二運載火箭使用了航天六院利用增材制造技術制造的發(fā)動機加強肋。通過增材制造技術替代了過去的熔膜精密鑄造工藝，使加強肋制造周期縮短了75%，合格率由不足20%提升至98%，成本降低了30%[35]。此外，航天六院使用增材制造技術后大大降低了整流柵的生產流程與周期，生產流程從原先的19 個縮短至3 個，生產周期從20 d 縮短為2 d，同時也顯著提升了產品的合格率[36]。

目前，NASA 正開發(fā)更輕、更高效的液體火箭發(fā)動機部件，以用于未來的月球、火星探測任務。NASA 使用增材制造方法來打印燃燒室和噴嘴。增材制造出的銅燃燒室由碳纖維復合材料包裹，與此前的金屬材料相比，質量最多可以減輕50%；噴嘴與傳統工藝相比，生產時間從2 年減少到幾個月[37]。

2.4 宇航員生命健康保障

載人航天工程中，可利用增材制造技術，為宇航員提供生命健康保障。

2014 年，Wong 和Pfahnl[38]研究了增材制造技術制造ABS 熱塑手術器械的可能性，為未來在嚴峻的長期空間任務中可能需要進行的外科手術提供了初步驗證。研究發(fā)現，增材制造技術制造的器械在執(zhí)行模擬手術任務的速度上沒有實質性的差異。

2018 年，阿列維公司與太空制造公司合作，設計了可以在微重力下擠出生物材料和細胞，逐層構建組織的增材制造設備“ZeroG”。Allevi 計劃在未來使用生物材料增材制造技術來支持宇航員的太空醫(yī)療[39]。

NASA 與系統和材料研究公司（systems and materials research corporation，SMRC）合作，將蛋白質、淀粉等營養(yǎng)素以干粉的形式直接送入增材制造設備，在打印噴頭中與油或水混合。該計劃的最終目的是為在軌飛行的航天員提供精確、個性化的營養(yǎng)品[40]。2016 年，中國航天員訓練中心主導的“太空180”試驗中也配備了增材制造食物設備[41]。食物增材制造可以最大限度利用食物的原材料，實現更長時間的食物保存，即產即食的模式可以顯著改善太空食品的口感并節(jié)約物資供給。

3 未來發(fā)展方向

3.1 發(fā)展適合載人航天工程材料體系

載人航天工程對增材制造材料的性能有較高的要求。近年來，國內外學者對應用于載人航天工程領域的增材制造材料進行了相關研究。

韓壽波等[42]對氬氣霧化（AA）法、等離子旋轉電極（PREP）法等航空航天領域高品質金屬粉末材料的制備工藝進行了研究。

近年來，NASA 研發(fā)了一系列有關在軌增材制造材料的技術。例如，在PEEK 絲中加入碳纖維提高材料的整體強度，同時浸漬金納米粒子以提高碳纖維的性能，提高絲間的結合強度。開發(fā)具有金屬強度的新型高強度熱塑性塑料，從而提高了層間的黏結強度，從而提高構件的強度。此外，NASA 還開發(fā)了激光燒結金屬增材制造技術和電噴霧法，使在軌制造金屬部件與光伏產品成為可能[1]。

如圖4 所示，2018 年，中國科學院研究團隊在拋物線失重飛機中完成了國際首次微重力環(huán)境下的陶瓷材料立體光刻成形技術試驗。該試驗突破了以往的粉末材料與絲狀材料的劣勢。在在軌飛行的微重力環(huán)境下，粉末材料難以有效控制，而絲狀材料的成型精度和表面光潔度較低。本次試驗使用的新型類固態(tài)陶瓷膏體材料可在微重力環(huán)境中約束精細粉末，可以適應微重力條件[43]。

圖4 中國科學院進行的微重力陶瓷材料立體光刻成型試驗打印樣件Fig. 4 Printing prototype of microgravity ceramic material threedimensional lithography molding experiment conducted by Chinese Academy of Sciences

面對載人航天工程對制備材料的高標準要求，應完善與發(fā)展相應材料的制備技術，例如，探索顆粒細度小、低含氧量、無空心粉、夾雜少的高品質金屬粉末材料的制備方案，以用于載人航天工程增材制造。而隨著材料性能的改善、新材料的研發(fā)，還需發(fā)展計算機仿真建模技術，用于選擇在軌制造的材料系統，將材料的性能數據作為輸入，對打印部件的性能特性進行仿真建模和分析，以確定材料各方面的性能是否適合在空間制造[44]。

3.2 研究微重力環(huán)境對增材制造的影響

太空環(huán)境的微重力條件下，流體中的浮力對流、重力沉降、液體壓力梯度等現象基本消失，導致流體形態(tài)和物理/化學過程等發(fā)生顯著變化，影響材料的加工及制備過程。此外，粉末狀的增材制造材料在微重力環(huán)境中難以約束，難以在微重力環(huán)境中使用。近年來，一些學者對微重力環(huán)境下增材制造材料的性質變化及微重力環(huán)境下的增材制造方案進行了研究。

Huang 等[45]研發(fā)了一種可以操縱噴射軌跡的金屬微液滴噴射裝置，用于微重力下的金屬微液滴增材制造。該團隊利用充電電場對金屬液滴進行充電，當液滴進入偏轉電場時，以電場力產生的反重力加速度實現反重力飛行，通過適當的充電電壓和偏轉電壓，可以精確地調節(jié)其飛行軌跡并最終沉積在目標坐標點上。這一研究為研究空間金屬液滴增材制造技術提供了基礎。

王震等[46]開展了熔融沉積成型技術的變重力成形試驗研究，研究的結果說明，熔融沉積成型技術在不同重力環(huán)境下均具有制成標準試樣的能力，空間微重力對成型的性能影響不大，熔融沉積成型技術適用于載人航天工程中的在軌增材。

面對載人航天工程的在軌增材制造要求，未來需要進一步研究微重力環(huán)境對增材制造材料的影響，探索微重力環(huán)境下的增材制造新工藝。

3.3 發(fā)展相關工藝

隨著可利用材料的逐漸豐富，可以在空間環(huán)境下探索更多、更廣泛適用的增材制造工藝，如高精度微尺度結構的制備方法和控制方法，以及大型復雜結構的快速成型技術。除了增材制造工藝外，未來仍需要發(fā)展一系列相關工藝，來配合在軌增材制造技術的發(fā)展，例如，在制造過程中進行在線監(jiān)測和閉環(huán)反饋、在微重力環(huán)境下檢測早期缺陷，使設計者能夠更好地理解和掌握過程、結構和性能之間的關系，從而更好地控制最終產品地性能。

研究建模、仿真等技術對在軌微重力環(huán)境下的增材制造技術同樣重要。通過良好的建模仿真和分析，可以在制造前大大優(yōu)化待建設備的結構和布局。NASA 的研究表明，使用高水平的流程設備可以使整體生產成本和生產時間減少30%，生產設置布局節(jié)省25%，勞動力使用減少30%，材料的使用優(yōu)化35%[47]。

此外，增材制造過程中的材料收縮、伺服誤差等都會影響生產精度，生產過程中的傳熱和內應力也會影響最終產品的完整性。因此，需要為目標產品建立增材制造數據庫，為增材制造提供必要的精度保證[44]。

4 結 論

增材制造技術是未來太空探索就地制造的重要技術手段，也是制造各種航天部件的重要技術。目前，增材制造技術已經在載人航天項目中有較多實際應用，各航天大國也都進行了各種在軌增材制造技術試驗。未來，增材制造將在載人航天領域的備件制造、復雜部件制造、大型部件在軌制造等方面發(fā)揮重要作用。中國應進一步研究各種適用于載人航天領域增材制造材料的研制。隨著中國空間站的建設，未來也應進一步開展更多在軌增材制造試驗，為未來的深空載人航天探索及長時間載人航天項目提供技術支持。