美國(guó)毅力號(hào)火星車成功著陸，安裝了11個(gè)3D打印金屬部件

南極熊導(dǎo)讀：美國(guó)宇航局（NASA）的 "毅力號(hào)"火星車，在經(jīng)過(guò)幾億公里的飛行后，于2021年2月18日安全、完美地準(zhǔn)時(shí)降落在火星表面，并且傳回了第一張火星照片。最令南極熊激動(dòng)的是，火星車上安裝了11個(gè)用3D打印技術(shù)制作的金屬部件，這些部件經(jīng)歷了重重考驗(yàn)，最終到達(dá)火星，并將在后續(xù)的火星探索過(guò)程中繼續(xù)發(fā)揮作用。

△毅力號(hào)火星探測(cè)器著陸演示

△毅力號(hào)火星探測(cè)器傳回的第一張火星照片

本文，南極熊將會(huì)揭秘在“毅力號(hào)”火星車上的那些3D打印部件。

3D打印史上最先進(jìn)的火星車

3D打印技術(shù)可以讓工程師們制造出獨(dú)特的設(shè)計(jì)和性能，比如讓硬件更輕、更強(qiáng)，或者對(duì)熱或冷的反應(yīng)更靈敏。

“毅力號(hào)”火星車的前身“好奇號(hào)”，是第一個(gè)將3D打印部件帶到火星的。它在2012年著陸時(shí)，探測(cè)器的火星樣品分析（SAM）儀器內(nèi)有一個(gè)3D打印的陶瓷部件。此后，NASA繼續(xù)測(cè)試3D打印在航天器中的使用，以確保零件的可靠性。

美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）快速成型制造小組負(fù)責(zé)人Andre Pate說(shuō)："這些3D打印部件飛往火星是一個(gè)巨大的里程碑，為航天工業(yè)中的增材制造打開了更多的大門。"“毅力號(hào)”的3D打印部件如果不能按計(jì)劃工作，也不會(huì)危及任務(wù)。

△毅力號(hào)火星車

3D打印PIXL的外殼

在前往火星的11個(gè)3D打印部件中，有5個(gè)在 "毅力號(hào)"的PIXL儀器中。這個(gè)飯盒大小的設(shè)備是X射線巖石化學(xué)行星儀器，它通過(guò)向巖石表面發(fā)射X射線束進(jìn)行分析，幫助火星車尋找微生物生命化石的跡象。

PIXL與其他工具共享空間，位于火星車7英尺長(zhǎng)（2米長(zhǎng)）機(jī)械臂末端的88磅（40公斤）旋轉(zhuǎn)炮塔中。為了使這個(gè)儀器盡可能地輕巧，JPL團(tuán)隊(duì)將PIXL的兩片鈦殼、一個(gè)安裝框架以及將外殼固定在機(jī)械臂末端的兩個(gè)支撐支柱設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)，而且壁極薄。事實(shí)上，這些部件由一家名為Carpenter Additive的供應(yīng)商進(jìn)行3D打印，質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的輕三四倍。

首席機(jī)械工程師Michael Schein說(shuō)："3D打印使這個(gè)儀器成為可能，這些技術(shù)讓我們實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造無(wú)法實(shí)現(xiàn)的輕質(zhì)量和高精度。"

△美國(guó)宇航局的 "毅力號(hào) "火星車上的儀器之一PIXL的外殼包括幾個(gè)由3D打印鈦制成的部件，插圖顯示了它兩片式外殼部分的前半部分

MOXIE中的3D打印熱交換器

"毅力號(hào) "火星車的其他6個(gè)3D打印部件在 "火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn) "儀器中，簡(jiǎn)稱MOXIE。這個(gè)設(shè)備將測(cè)試新的技術(shù)，未來(lái)可以生產(chǎn)工業(yè)數(shù)量的氧氣，在火星上制造火箭推進(jìn)劑，幫助宇航員發(fā)射回地球。

為了制造氧氣，MOXIE將火星空氣加熱到近1500華氏度（800攝氏度）。設(shè)備內(nèi)有六個(gè)熱交換器：巴掌大小的鎳合金板，保護(hù)儀器的關(guān)鍵部件不受高溫影響。

傳統(tǒng)的機(jī)械加工熱交換器需要由兩部分組成并焊接在一起，而MOXIE的每一個(gè)熱交換器都是在加州理工學(xué)院作為單件3D打印出來(lái)的。

幫助開發(fā)熱交換器的材料工程師Samad Firdosy說(shuō)："這類鎳部件被稱為超合金，因?yàn)樗鼈兗词乖诜浅８叩臏囟认乱材鼙３謴?qiáng)度，超合金通常出現(xiàn)在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電渦輪機(jī)中。它們的抗腐蝕能力非常好，即使在真正的高溫下也是如此。"

雖然新的制造工藝提供了便利，但3D打印機(jī)鋪設(shè)的每一層合金都會(huì)形成孔隙或裂縫，從而削弱材料的強(qiáng)度。為了避免這種情況，這些板材在熱等靜壓機(jī)、氣體粉碎機(jī)中進(jìn)行處理，它能將材料加熱到超過(guò)1832華氏度（1000攝氏度），并在零件周圍均勻地增加強(qiáng)大的壓力。然后，工程師使用顯微鏡和大量的機(jī)械測(cè)試來(lái)檢查熱交換器的微觀結(jié)構(gòu)，并確保它們適合太空飛行。

深空探索是人類最具吸引力的事業(yè)之一。像 "毅力號(hào) "這樣的探測(cè)器以及之前的其他探測(cè)器，吸引了成千上萬(wàn)人的好奇心。如今，3D打印可以幫助在家中重現(xiàn)這些獨(dú)特的探索者，并已被證明是一種讓學(xué)生和教育工作者參與太空相關(guān)活動(dòng)的重要機(jī)制，讓他們有新的工具來(lái)了解遙遠(yuǎn)的地形、航天器工程和技術(shù)。得益于NASA的JPL學(xué)習(xí)空間，任何人都可以通過(guò)項(xiàng)目、工具包和許多真實(shí)的模型來(lái)探索世界和其他地方，讓人們有機(jī)會(huì)接觸、感受和與先進(jìn)的空間技術(shù)進(jìn)行前所未有的互動(dòng)。


美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)制造探測(cè)器的工程師已經(jīng)發(fā)布了免費(fèi)打印的STL文件和組裝說(shuō)明，制作你自己的迷你、簡(jiǎn)化的“毅力號(hào)”。這是NASA已經(jīng)向公眾提供的第110個(gè)3D打印模型（全部模型在這里），其中包括各種與太空有關(guān)的模型，從土星火箭和國(guó)際空間站工具到獵戶座太空艙，甚至許多阿波羅任務(wù)的著陸點(diǎn)。為了制作一個(gè)迷你毅力號(hào)，用戶需要3D打印39個(gè)零件，其中許多零件不止一次，然后再組裝幾個(gè)組件。所有的子組件都有體現(xiàn)，包括移動(dòng)和機(jī)械臂、底盤、輪子和放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）。

毅力號(hào)火星車（STL格式、GLB格式），機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)（GLB格式）下載

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1X11qqeIm_IcKW5yaMBRrLA

提取碼：9lm6

編譯自：3dprintingmedia