火星岩石金属复合材料显示出火星上 3D 打印的潜力

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一点火星尘埃似乎有很长的路要走。 少量模拟碎火星岩石与钛合金混合,在 3D 打印过程中制成了一种更坚固、高性能的材料,有朝一日可以在火星上用于制造工具或火箭零件。

这些部件是由华盛顿州立大学的研究人员制造的,其中只有 5% 到 100% 的火星风化层是一种黑色粉末状物质,旨在模仿红色星球表面发现的岩石无机材料。

虽然含有 5% 火星风化层的部分很坚固,但 100% 风化层部分证明很脆且容易开裂。 发表在《国际应用陶瓷技术杂志》上的该研究的通讯作者 Amit Bandyopadhyay 说,即使是高火星含量的材料也可用于制造涂层以保护设备免受生锈或辐射损坏。

如果人类去火星,我们将无法随身携带所有东西。 我们将不得不在那里做一些事情。 华盛顿州立大学的研究人员使用模拟破碎的火星岩石和金属在 3D 打印过程中制造坚固耐用的部件,有朝一日可以在火星上使用。 学分:华盛顿州立大学

WSU 机械与材料工程学院教授 Bandyopadhyay 说:“在太空中,如果我们想考虑载人任务,就必须进行 3D 打印,因为我们真的无法从这里携带所有东西。” “如果我们忘记了什么,我们就无法回来取回。”

将材料带入太空可能非常昂贵。 例如,作者指出,NASA 航天飞机仅将一公斤有效载荷(约 2.2 磅)送入地球轨道就需要花费大约 54,000 美元。 任何可以在太空或地球上制造的东西都会减轻重量和金钱——更不用说如果有什么东西坏了,宇航员需要一种在现场修理它的方法。

Bandyopadhyay 在 2011 年首次展示了这一想法的可行性,当时他的团队使用 3D 打印技术 用月球风化层制造零件,为 NASA 模拟破碎的月球岩石。 从那时起,太空机构开始接受这项技术,国际空间站拥有自己的 3D 打印机,可以在现场制造所需的材料并进行实验。

在这项研究中,Bandyopadhyay 与研究生 Ali Afrouzian 和 Kellen Traxel 使用基于粉末的 3D 打印机将模拟的火星岩尘与钛合金混合,钛合金是一种常用于太空探索的金属,具有强度和耐热性能。 作为该过程的一部分,高功率激光将材料加热到超过 2,000 摄氏度(3,632 华氏度)。 然后,火星风化层-陶瓷和金属材料的熔融混合物流入一个移动平台,使研究人员能够创造出不同的尺寸和形状。 材料冷却后,研究人员对其强度和耐用性进行了测试。

由 100% 火星岩尘制成的陶瓷材料在冷却时会破裂,但正如 Bandyopadhyay 指出的那样,它仍然可以为辐射屏蔽提供良好的涂层,因为在这种情况下裂缝并不重要。 但只是一点点火星尘埃,即含有 5% 风化层的混合物,不仅不会开裂或起泡,而且比单独使用钛合金表现出更好的性能,这意味着它可以用来制造重量更轻但仍能承受重载的部件。

“它为您提供了更好、更高强度和硬度的材料,因此在某些应用中可以表现得更好,”他说。

Bandyopadhyay 说,这项研究只是一个开始,未来的研究可能会使用不同的金属或 3D 打印技术产生更好的复合材料。

“这确定了这是可能的,也许我们应该朝这个方向思考,因为它不仅制造脆弱的塑料部件,而且制造坚固的金属陶瓷复合部件,可用于任何类型的结构部件,”他说。