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美國宇航局（NASA）的 "毅力號"火星車，在經(jīng)過幾億公里的飛行后，于2021年2月18日安全、完美地準(zhǔn)時降落在火星表面，并且傳回了第一張火星照片。其中，最令我們激動的是，火星車上安裝了11個用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)的火星探索過程中繼續(xù)發(fā)揮作用。
現(xiàn)在，讓我們來揭秘一下在“毅力號”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)計和性能，比如讓硬件更輕、更強(qiáng)，或者對熱或冷的反應(yīng)更靈敏。
“毅力號”火星車的前身“好奇號”，是第一個將3D打印部件帶到火星的。它在2012年著陸時，探測器的火星樣品分析（SAM）儀器內(nèi)有一個3D打印的陶瓷部件。此后，NASA繼續(xù)測試3D打印在航天器中的使用，以確保零件的可靠性。
美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）快速成型制造小組負(fù)責(zé)人Andre Pate說："這些3D打印部件飛往火星是一個巨大的里程碑，為航天工業(yè)中的增材制造打開了更多的大門。"“毅力號”的3D打印部件如果不能按計劃工作，也不會危及任務(wù)。
3D打印PIXL的外殼
在前往火星的11個3D打印部件中，有5個在 "毅力號"的PIXL儀器中。這個飯盒大小的設(shè)備是X射線巖石化學(xué)行星儀器，它通過向巖石表面發(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（2米長）機(jī)械臂末端的88磅（40公斤）旋轉(zhuǎn)炮塔中。為了使這個儀器盡可能地輕巧，JPL團(tuán)隊(duì)將PIXL的兩片鈦殼、一個安裝框架以及將外殼固定在機(jī)械臂末端的兩個支撐支柱設(shè)計成中空結(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："3D打印使這個儀器成為可能，這些技術(shù)讓我們實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造無法實(shí)現(xiàn)的輕質(zhì)量和高精度。"
MOXIE中的3D打印熱交換器
"毅力號 "火星車的其他6個3D打印部件在 "火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn) "儀器中，簡稱MOXIE。這個設(shè)備將測試新的技術(shù)，未來可以生產(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的每一個熱交換器都是在加州理工學(xué)院作為單件3D打印出來的。
幫助開發(fā)熱交換器的材料工程師Samad Firdosy說："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)械測試來檢查熱交換器的微觀結(jié)構(gòu)，并確保它們適合太空飛行。
目前，3d打印技術(shù)不斷應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，極大的增加了3d打印技術(shù)的應(yīng)用價值，相信以后將會在此領(lǐng)域應(yīng)用的更加廣泛，更好的服務(wù)于航天科技領(lǐng)域。
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