天大应用3D打印技术为神舟十号航天员设计坐垫

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　　“航天员坐垫的制造技术随着3d打印技术的发展也在不断进步。”6月11日，天津大学快速成形中心主任崔国起和研究中心的工作人员们围坐在电脑前，激动而骄傲地谈起他们为神舟十号航天员量身设计的“赋型缓冲减振坐垫”。这是“赋型缓冲减振坐垫”应用在从“神五”到“神九”之后，第六次升上太空为神舟飞船保驾护航。

　　为每个航天员个性定制


　　船在升空和着陆时，会产生较大的加速度和颠簸，对航天员脊椎和颈椎会产生较大的冲击。“赋型缓冲减振坐垫”作为航天员大系统中一个重要部件，可有效减轻飞船升空和着落时产生的加速度和颠簸对航天员身体的影响，最大限度地提高航天员升空和着落过程中的舒适性和安全性。
　　“‘赋型缓冲减振坐垫’是根据航天员的身体形状量身定做的。设计时，需要‘量体裁衣’，仅仅有腰围、胸围、肩宽等简单的数据远远不够，需要用流动式光学测量仪等特殊设备，从航天员身上采集大量的数据点，这些数据会在电脑中形成数字化的身体模型，并按照航天医学等方面的要求来设计个性化的坐垫。这样做是为了尽可能合理地增加身体与坐垫的接触面积，减少冲击加速度。”天津大学快速成形中心主任崔国起介绍说。
　　崔国起介绍说：“为了保护航天员的安全，航天员的坐垫设计有点像澡盆的复杂曲面形状。升空过程中，宇航员的腿部和上身是团在一起的，坐垫是用聚安酯等复合材料制造的，平均厚度大体在70毫米左右，它可提高舒适性。”飞船返回时，赋形坐垫可在发生撞击的瞬间，有效分散人体的应力。


　　3D打印技术提高性能


　　对航天员量体，将他们的身体数据在电脑上形成三维数字模型，是研制坐垫的第一步。随后，坐垫便通过快速成形系统，也就是我们常说的3D技术开始打印出立体的坐垫。
　　“这次制作神十坐垫时，三维测量的像素从80万提高至200万，对航天员量体的数据采集点从几十万个增加到上百万。”崔国起介绍说，由于赋型坐垫从量体、设计、制作模型、模型验证，再到模具制作，都主要运用了3D技术。与前5代的坐垫相比，神舟十号搭载的坐垫从精度，到舒适度、安全度都有了提高。
　　同时，在模型验证环节省略了一个模具的制作过程，而用3D技术代替，也一定程度上缩短了制作时间，提高了设计精度。

　　延续女性研究团队


　　“神九返回后，刘洋认为我们的坐垫无论是舒适性还是安全性都很好，她的评价也让我们更加有了自信。”崔国起说，与神舟九号类似，他和研制团队很早就得知神舟十号飞船仍然将有女航天员的加入。
　　因为必须“量身设计”，因此，天津大学快速成形中心特别派出了一支全部由女性科研人员组建研发设计团队，专门为女航天员进行“量身设计”。由于有了为刘洋设计专属坐垫的经验，这次为女航天员设计坐垫过程仍然十分顺利。量体—设计—制作模型—模型验证—模具制作，崔国起和同事们用了3个月左右的时间保质保量地完成了任务。


　　15年打造六代飞船坐垫


　　“从1998年到现在，研究航天员坐垫已经将近15年了。”天津大学快速成形中心主任崔国起介绍说，1998年，负责神舟飞船设计制造的相关单位找到天津大学快速成形中心，希望他们能够承担宇航员专用坐垫的研制任务。
　　接到任务后，崔国起立即和同事开始探讨技术路线，并组织可行性论证。2002年下半年至2003年，该中心终于设计出了符合设计要求的赋形坐垫及其制造模具，并首次在“神五”飞船上得到成功应用。