在未來(lái)的火星探索過(guò)程中，不起眼的火星塵?；蛟S蘊含著(zhù)巨大的潛力。利用3D打印技術(shù)，研究人員將少量模擬的火星巖石與鈦合金混合，制成一種更強韌、更高性能的材料。有朝一日，我們或許可以利用這種材料在火星上制造工具或火箭部件。

在制造新材料的過(guò)程中，美國華盛頓州立大學(xué)的研究人員加入了5%到100%的火星表巖屑模擬物，這是一種黑色粉狀物質(zhì)，模擬了這顆紅色星球表面的無(wú)機巖石物質(zhì)。一般意義上，火星土壤是指在火星表面發(fā)現的細粒表巖屑，其特性可能與地球土壤有明顯差異。到目前為止，人類(lèi)還沒(méi)有獲得任何采集的火星土壤樣本，這將是未來(lái)火星采樣返回任務(wù)的目標。根據火星漫游車(chē)和軌道勘測器遠程研究的結果，科學(xué)家們在地球上制造出了模擬火星表巖屑化學(xué)和機械特性的材料，用于研究、試驗并測試與火星土壤有關(guān)的活動(dòng)，如運輸設備、先進(jìn)生命保障系統和現場(chǎng)資源利用過(guò)程中的防塵措施。

在新研究中，含有5%火星表巖屑模擬物的材料很堅固，而模擬物含量達到100%的材料則相當脆弱，很容易破裂。即便如此，該研究的通訊作者阿米特·班德亞帕德耶（Amit Bandyopadhyay）仍表示，高火星表巖屑模擬物含量的材料也可以用于制造涂層，用于保護設備免受生銹或輻射損傷。這項研究的結果發(fā)表在近期的《國際應用陶瓷技術(shù)雜志》（International Journal of Applied Ceramic Technology）上。

班德亞帕德耶教授來(lái)自華盛頓州立大學(xué)的機械與材料工程學(xué)院，他說(shuō)：“在太空中，如果我們想實(shí)現載人任務(wù)，就必須使用3D打印技術(shù)，因為我們無(wú)法從地球上攜帶所有東西。一旦有什么東西遺漏了，我們就沒(méi)辦法回來(lái)拿了?！?/span>

將各種原材料送入太空將會(huì )極其昂貴。例如，研究作者指出，美國國家航空航天局（NASA）的航天飛機將1千克有效載荷送入地球軌道的成本約為5.4萬(wàn)美元。任何能在太空，或者其他行星上制造的東西都有助于減輕載荷，節省成本。此外，如果出現任何設備損壞的情況，宇航員們還需要在現場(chǎng)進(jìn)行修復。

2011年，班德亞帕德耶第一次證明了就地取材，并使用3D打印技術(shù)制造設備零部件的可行性。當時(shí)，他的團隊使用3D打印技術(shù)，以月球表巖屑模擬物為原材料，為美國國家航空航天局制造零件。從那時(shí)起，多個(gè)航天機構開(kāi)始接受這項技術(shù)，國際空間站也擁有了自己的3D打印機，可以在現場(chǎng)制造所需的材料并用于實(shí)驗。

在這項新研究中，班德亞帕德耶等人使用粉末型3D打印機將碾碎的火星表巖屑模擬物與鈦合金混合。鈦合金具有較高的強度和耐熱性能，經(jīng)常用于太空探索。在研究過(guò)程中，一個(gè)高能激光器將混合材料加熱到超過(guò)2000攝氏度，然后，融化的火星表巖屑模擬物陶瓷和金屬材料混合物流到一個(gè)移動(dòng)平臺上，進(jìn)而塑造出不同的尺寸和形狀。在材料冷卻后，研究人員對其強度和耐久性進(jìn)行了測試。

完全由火星表巖屑模擬物制成的陶瓷材料在冷卻過(guò)程中會(huì )開(kāi)裂，但正如班德亞帕德耶所指出的，這種材料仍然可以作為很好的輻射屏蔽涂層，因為裂紋在這種情況下并不重要。如果混合物中只含有少量火星表巖屑模擬物，比如含量為5%，則最終獲得的陶瓷材料不僅不會(huì )破裂或起泡，還會(huì )表現出比單獨使用鈦合金更好的性能。這意味著(zhù)，這種材料可以用來(lái)制造更輕的零部件，同時(shí)能夠承受更重的負荷。

班德亞帕德耶表示，這項新研究提供了一種性能更好，同時(shí)強度和硬度都更高的材料，在某些應用中可以表現得更好。

當然，這項研究也僅僅是一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)研究人員可能會(huì )采用不同的金屬或3D打印技術(shù)，制造出更好的復合材料?！斑@項研究證明了這是可能的，也許我們應該朝這個(gè)方向思考，”班德亞帕德耶說(shuō)，“因為這并不僅限于制造出脆弱的塑料部件，而是制造堅固的金屬陶瓷復合材料，可以用于任何類(lèi)型的結構部件?！?/span>