含钛合金和超级合金3D打印组件，毅力号今日成功着陆火星

经过数亿公里的行程，载有11种3D打印金属零件的美国毅力号火星车最终成功度过“恐怖的七分钟”，于北京时间2月19日4时55分着陆火星。NASA喷气推进实验室实时报道了火星车的降落过程。

使用3D打印可以使工程师进一步解放设计约束，例如使零件更轻、强度更高或能够更加耐受极端环境等。而就如我们在往期文章中所介绍的，这些3D打印组件的制造难度远远超出预期，而且一度逾期交付。

毅力号火星车着陆过程演示

2012年8月，美国“好奇号”在火星表面着陆，这是人类首次在其他星球登陆的最精密的移动科学实验室。值得注意的是，该火星车流动站的样品分析仪器中包含3D打印的陶瓷零件。此后，NASA继续对航天器的3D打印应用展开测试，以确保更加清楚地了解零件的可靠性。

作为火星车的“二级结构”，3D打印的零件能否最终胜任工作其实并不会危及最终任务，但NASA喷气推进实验室（JPL）增材制造部门的负责人指出，“将这些零件运送到火星本身就是一个巨大的里程碑，这将为增材制造在航天工业中的应用打开更多的大门。”

毅力号火星车包含七种仪器

精密X射线光谱仪含5个钛合金薄壁零件

在送往火星的11个3D打印零件中，有5个在火星车的精密X射线光谱仪（PIXL）中。其尺寸约为饭盒般大小，主要用于寻找化石微生物生命的迹象。

光谱仪与其他工具共用一个40公斤重的旋转转台，转台位于火星车2米长的机械臂末端。为了使仪器尽可能轻巧，JPL团队设计了光谱仪的两件式钛合金外壳、一个安装架和两个支撑支柱。整个结构被固定在机械臂末端，所有零件的壁厚在1-1.1毫米之间，其质量比常规生产的零件少了3到4倍。

PIXL及其3D打印组件

JPL的X射线光谱仪（PIXL）首席机械工程师介绍：“从非常真实的意义上讲，3D打印使该仪器集成到火星车中成为可能，它使我们实现了传统制造所无法实现的低质量和高精度。”

另外6个为氧气制造仪器的超级合金热交换器

毅力号的其他六个3D打印零件可以在名为“火星氧气原位资源利用实验”或MOXIE的仪器中找到。该设备将测试能否利用火星大气层制造氧气，其计划包括通过将微生物带到火星表面，使用美国麻省理工学院研制的MOXIE设备，借助微生物制造氧气，未来这些氧气将供给人类呼吸并用于火箭推进从而帮助宇航员返回地球。

毅力号MOXIE设备

MOXIE设备内部

为了产生氧气，MOXIE需要将火星空气加热到接近800℃。该设备内有六个掌型镍合金板热交换器，可保护仪器的关键部件免受高温影响。

传统加工的热交换器需要由两部分组成并焊接在一起，而MOXIE的热交换器则被整体3D打印出来。该部分的制造任务由美国加州理工学院完成，实际上，该学院也是NASA喷气推进实验室（JPL）的行政管理结构（详情可查百科）。

3D打印的超级合金热交换器

JPL的材料工程师表示：“镍基合金又被称为超级合金，它们即使在非常高的温度下也能保持强度。” 通常，高温合金多被用于喷气发动机或发电涡轮机，即使在高温下，也能很好地抵抗腐蚀。

3D打印的热交换器X射线影像用以检查内部缺陷

尽管3D打印具备一体化的制造优势，但材料同时面临孔隙或裂纹的挑战。为避免这种情况，制造团队对掌型镍合金板进行了热等静压处理。零件被加热到1000℃以上，并在零件周围均匀施加压力，然后工程师使用显微镜和大量机械测试检查了热交换器的微观结构，并确保它们达到使用标准。

该项目的材料工程师对微观结构尤其在意，它不仅决定了性能，更决定了零件能否正常发挥功能。

END

正如NASA喷气推进实验室增材制造部门的负责人所指出的那样，将3D打印的零件运送到火星本身就是一个巨大的里程碑，这将为增材制造在航天工业中创造更多的应用可能。随着任务的进行，我们将看到更多探测结果，对此，我们满心期待！

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