宇航员未来或能实现“就地取材”3D打印工具和零件

导读：在航天领域，将材料送入太空的成本是非常昂贵的，所以如果宇航员能在外太空“就地取材”制作东西，这无疑是再好不过的一件事了。

2022年9月8日，南极熊获悉，华盛顿州立大学（WSU）的工程师正在研究如何将少量的模拟碎火星岩石与钛合金混合在一起，以制成可3D打印的建筑材料。

对于将在月球或火星上呆很长时间的第一批宇航员来说，大多数的物资材料将需要花费很高的成本从地球上送来。理想情况下，宇航员将能够利用他们周围的资源--即使那大部分只是岩石和泥土。

为此，科学家们一直在试验如何直接用覆盖在月球和火星表面的岩石“土壤”制作栖息地、建筑材料、工具、部件和其他东西。这可能包括使用3D打印机、高功率激光器或集中阳光来熔化材料，或将其压缩成砖块来制造所需的形状。

在这项新研究中，WSU的研究人员测试了模拟的火星岩石与钛合金混合后的效果，钛合金因其强度高、重量轻、耐热性好而经常被用于太空探索。因为他们显然无法得到真实的东西，所以他们使用了一种旨在模仿红色星球尘土的人造物质。

一个高功率的激光器将混合材料加热到超过2000℃的温度，使其熔化。然后，研究小组将这种熔化的液体形成不同形状和尺寸的部件，并将其冷却成一种陶瓷材料。在它冷却后，他们测试了其强度和耐久性。

研究小组在混合物中加入了不同数量的火星表岩屑模拟物--5％、10％和100％（重量百分比），并发现所产生的材料有不同的表现。也许令人惊讶的是，5%被证明是最佳用量，因为它在冷却时没有开裂或起泡，并被发现比单独的钛合金性能更好，拥有两倍以上的硬度。

由100%的火星表岩屑模拟物制成的材料在冷却时开裂，并在耐久性测试中磨损得最快，这意味着它不适合作为建筑材料。但研究小组表示，它仍然可以作为防辐射涂层。

△不同混合成分和涂层质量的横截面扫描电子显微镜 (SEM) 图像

当然，仍有很多改进的余地，但该团队说，这项概念验证研究表明，这个想法可能是可行的。进一步的完善可以通过实验不同的材料和技术来完成。

该研究的通讯作者Amit Bandyopadhyay说：“这确定了它是可能的，也许我们应该朝这个方向考虑，因为它不仅仅是制造塑料零件，因为它是脆弱的，而是金属陶瓷复合零件，它很强大，可以用于任何种类的结构件。”

这项研究发表在《国际应用陶瓷技术杂志》上。

相关论文链接：https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ijac.14136