宇航員未來或能實(shí)現(xiàn)“就地取材”3D打印工具和零件

導(dǎo)讀：在航天領(lǐng)域，將材料送入太空的成本是非常昂貴的，所以如果宇航員能在外太空“就地取材”制作東西，這無疑是再好不過的一件事了。

2022年9月8日，南極熊獲悉，華盛頓州立大學(xué)（WSU）的工程師正在研究如何將少量的模擬碎火星巖石與鈦合金混合在一起，以制成可3D打印的建筑材料。

對于將在月球或火星上呆很長時(shí)間的第一批宇航員來說，大多數(shù)的物資材料將需要花費(fèi)很高的成本從地球上送來。理想情況下，宇航員將能夠利用他們周圍的資源--即使那大部分只是巖石和泥土。

為此，科學(xué)家們一直在試驗(yàn)如何直接用覆蓋在月球和火星表面的巖石“土壤”制作棲息地、建筑材料、工具、部件和其他東西。這可能包括使用3D打印機(jī)、高功率激光器或集中陽光來熔化材料，或?qū)⑵鋲嚎s成磚塊來制造所需的形狀。

在這項(xiàng)新研究中，WSU的研究人員測試了模擬的火星巖石與鈦合金混合后的效果，鈦合金因其強(qiáng)度高、重量輕、耐熱性好而經(jīng)常被用于太空探索。因?yàn)樗麄冿@然無法得到真實(shí)的東西，所以他們使用了一種旨在模仿紅色星球塵土的人造物質(zhì)。

一個(gè)高功率的激光器將混合材料加熱到超過2000℃的溫度，使其熔化。然后，研究小組將這種熔化的液體形成不同形狀和尺寸的部件，并將其冷卻成一種陶瓷材料。在它冷卻后，他們測試了其強(qiáng)度和耐久性。

研究小組在混合物中加入了不同數(shù)量的火星表巖屑模擬物--5％、10％和100％（重量百分比），并發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的材料有不同的表現(xiàn)。也許令人驚訝的是，5%被證明是最佳用量，因?yàn)樗�在冷卻時(shí)沒有開裂或起泡，并被發(fā)現(xiàn)比單獨(dú)的鈦合金性能更好，擁有兩倍以上的硬度。

由100%的火星表巖屑模擬物制成的材料在冷卻時(shí)開裂，并在耐久性測試中磨損得最快，這意味著它不適合作為建筑材料。但研究小組表示，它仍然可以作為防輻射涂層。

△不同混合成分和涂層質(zhì)量的橫截面掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像

當(dāng)然，仍有很多改進(jìn)的余地，但該團(tuán)隊(duì)說，這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究表明，這個(gè)想法可能是可行的。進(jìn)一步的完善可以通過實(shí)驗(yàn)不同的材料和技術(shù)來完成。

該研究的通訊作者Amit Bandyopadhyay說：“這確定了它是可能的，也許我們應(yīng)該朝這個(gè)方向考慮，因?yàn)樗�不僅僅是制造塑料零件，因?yàn)樗�是脆弱的，而是金屬陶瓷�?fù)合零件，它很強(qiáng)大，可以用于任何種類的結(jié)構(gòu)件�！�

這項(xiàng)研究發(fā)表在《國際應(yīng)用陶瓷技術(shù)雜志》上。

相關(guān)論文鏈接：https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ijac.14136