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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，最終到達火星，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打印史上最先進的火星車
3D打印技術(shù)可以讓工程師們制造出獨特的設計和性能，比如讓硬件更輕、更強，或者對熱或冷的反應更靈敏。
“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實驗室（JPL）快速成型制造小組負責人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。
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。這個飯盒大小的設備是X射線巖石化學行星儀器，它通過向巖石表面發(fā)射X射線束進行分析，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團隊將PIXL的兩片鈦殼、一個安裝框架以及將外殼固定在機械臂末端的兩個支撐支柱設計成中空結(jié)構(gòu)，而且壁極薄。事實上，這些部件由一家名為Carpenter Additive的供應商進行3D打印，質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的輕三四倍。
首席機械工程師Michael Schein說："3D打印使這個儀器成為可能，這些技術(shù)讓我們實現(xiàn)了傳統(tǒng)制造無法實現(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驗 "儀器中，簡稱MOXIE。這個設備將測試新的技術(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）。設備內(nèi)有六個熱交換器：巴掌大小的鎳合金板，保護儀器的關(guān)鍵部件不受高溫影響。
傳統(tǒng)的機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，因為它們即使在非常高的溫度下也能保持強度，超合金通常出現(xiàn)在噴氣發(fā)動機或發(fā)電渦輪機中。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打印機鋪設的每一層合金都會形成孔隙或裂縫，從而削弱材料的強度。為了避免這種情況，這些板材在熱等靜壓機、氣體粉碎機中進行處理，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大的壓力。然后，工程師使用顯微鏡和大量的機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)不斷應用于航天航空領域，極大的增加了3d打印技術(shù)的應用價值，相信以后將會在此領域應用的更加廣泛，更好的服務于航天科技領域。
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