經(jīng)過數(shù)億公里的行程，載有11種3D打印金屬零件的美國毅力號火星車最終成功度過“恐怖的七分鐘”，于北京時間2月19日4時55分著陸火星。NASA噴氣推進實驗室實時報道了火星車的降落過程。

使用3D打印可以使工程師進一步解放設計約束，例如使零件更輕、強度更高或能夠更加耐受極端環(huán)境等。而就如我們在往期文章中所介紹的，這些3D打印組件的制造難度遠遠超出預期，而且一度逾期交付。

毅力號火星車著陸過程演示

2012年8月，美國“好奇號”在火星表面著陸，這是人類首次在其他星球登陸的最精密的移動科學實驗室。值得注意的是，該火星車流動站的樣品分析儀器中包含3D打印的陶瓷零件。此后，NASA繼續(xù)對航天器的3D打印應用展開測試，以確保更加清楚地了解零件的可靠性。

作為火星車的“二級結構”，3D打印的零件能否最終勝任工作其實并不會危及最終任務，但NASA噴氣推進實驗室（JPL）增材制造部門的負責人指出，“將這些零件運送到火星本身就是一個巨大的里程碑，這將為增材制造在航天工業(yè)中的應用打開更多的大門?！?/p>

毅力號火星車包含七種儀器

精密X射線光譜儀含5個鈦合金薄壁零件

在送往火星的11個3D打印零件中，有5個在火星車的精密X射線光譜儀（PIXL）中。其尺寸約為飯盒般大小，主要用于尋找化石微生物生命的跡象。

光譜儀與其他工具共用一個40公斤重的旋轉轉臺，轉臺位于火星車2米長的機械臂末端。為了使儀器盡可能輕巧，JPL團隊設計了光譜儀的兩件式鈦合金外殼、一個安裝架和兩個支撐支柱。整個結構被固定在機械臂末端，所有零件的壁厚在1-1.1毫米之間，其質量比常規(guī)生產(chǎn)的零件少了3到4倍。

PIXL及其3D打印組件

JPL的X射線光譜儀（PIXL）首席機械工程師介紹：“從非常真實的意義上講，3D打印使該儀器集成到火星車中成為可能，它使我們實現(xiàn)了傳統(tǒng)制造所無法實現(xiàn)的低質量和高精度?！?/p>

另外6個為氧氣制造儀器的超級合金熱交換器

毅力號的其他六個3D打印零件可以在名為“火星氧氣原位資源利用實驗”或MOXIE的儀器中找到。該設備將測試能否利用火星大氣層制造氧氣，其計劃包括通過將微生物帶到火星表面，使用美國麻省理工學院研制的MOXIE設備，借助微生物制造氧氣，未來這些氧氣將供給人類呼吸并用于火箭推進從而幫助宇航員返回地球。

毅力號MOXIE設備

MOXIE設備內部

為了產(chǎn)生氧氣，MOXIE需要將火星空氣加熱到接近800℃。該設備內有六個掌型鎳合金板熱交換器，可保護儀器的關鍵部件免受高溫影響。

傳統(tǒng)加工的熱交換器需要由兩部分組成并焊接在一起，而MOXIE的熱交換器則被整體3D打印出來。該部分的制造任務由美國加州理工學院完成，實際上，該學院也是NASA噴氣推進實驗室（JPL）的行政管理結構（詳情可查百科）。

3D打印的超級合金熱交換器

JPL的材料工程師表示：“鎳基合金又被稱為超級合金，它們即使在非常高的溫度下也能保持強度?！?通常，高溫合金多被用于噴氣發(fā)動機或發(fā)電渦輪機，即使在高溫下，也能很好地抵抗腐蝕。

3D打印的熱交換器X射線影像用以檢查內部缺陷

盡管3D打印具備一體化的制造優(yōu)勢，但材料同時面臨孔隙或裂紋的挑戰(zhàn)。為避免這種情況，制造團隊對掌型鎳合金板進行了熱等靜壓處理。零件被加熱到1000℃以上，并在零件周圍均勻施加壓力，然后工程師使用顯微鏡和大量機械測試檢查了熱交換器的微觀結構，并確保它們達到使用標準。

該項目的材料工程師對微觀結構尤其在意，它不僅決定了性能，更決定了零件能否正常發(fā)揮功能。

END

正如NASA噴氣推進實驗室增材制造部門的負責人所指出的那樣，將3D打印的零件運送到火星本身就是一個巨大的里程碑，這將為增材制造在航天工業(yè)中創(chuàng)造更多的應用可能。隨著任務的進行，我們將看到更多探測結果，對此，我們滿心期待！