經過數億(yi) 公裏的行程，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“恐怖的七分鍾”，於(yu) 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境等。而就如我們(men) 在往期文章中所介紹的，這些3D打印組件的製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”在火星表麵著陸，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(yi) 器中包含3D打印的陶瓷零件。此後，NASA繼續對航天器的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(wei) 火星車的“二級結構”，3D打印的零件能否最終勝任工作其實並不會(hui) 危及最終任務，但NASA噴氣推進實驗室（JPL）增材製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(ge) 巨大的裏程碑，這將為(wei) 增材製造在航天工業(ye) 中的應用打開更多的大門。”

毅力號火星車包含七種儀(yi) 器

精密X射線光譜儀(yi) 含5個(ge) 鈦合金薄壁零件

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

光譜儀(yi) 與(yu) 其他工具共用一個(ge) 40公斤重的旋轉轉台，轉台位於(yu) 火星車2米長的機械臂末端。為(wei) 了使儀(yi) 器盡可能輕巧，JPL團隊設計了光譜儀(yi) 的兩(liang) 件式鈦合金外殼、一個(ge) 安裝架和兩(liang) 個(ge) 支撐支柱。整個(ge) 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，其質量比常規生產(chan) 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(yi) （PIXL）首席機械工程師介紹：“從(cong) 非常真實的意義(yi) 上講，3D打印使該儀(yi) 器集成到火星車中成為(wei) 可能，它使我們(men) 實現了傳(chuan) 統製造所無法實現的低質量和高精度。”

另外6個(ge) 為(wei) 氧氣製造儀(yi) 器的超級合金熱交換器

毅力號的其他六個(ge) 3D打印零件可以在名為(wei) “火星氧氣原位資源利用實驗”或MOXIE的儀(yi) 器中找到。該設備將測試能否利用火星大氣層製造氧氣，其計劃包括通過將微生物帶到火星表麵，使用美國麻省理工學院研製的MOXIE設備，借助微生物製造氧氣，未來這些氧氣將供給人類呼吸並用於(yu) 火箭推進從(cong) 而幫助宇航員返回地球。

毅力號MOXIE設備

MOXIE設備內(nei) 部

為(wei) 了產(chan) 生氧氣，MOXIE需要將火星空氣加熱到接近800℃。該設備內(nei) 有六個(ge) 掌型鎳合金板熱交換器，可保護儀(yi) 器的關(guan) 鍵部件免受高溫影響。

傳(chuan) 統加工的熱交換器需要由兩(liang) 部分組成並焊接在一起，而MOXIE的熱交換器則被整體(ti) 3D打印出來。該部分的製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(wei) 超級合金，它們(men) 即使在非常高的溫度下也能保持強度。” 通常，高溫合金多被用於(yu) 噴氣發動機或發電渦輪機，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(nei) 部缺陷

盡管3D打印具備一體(ti) 化的製造優(you) 勢，但材料同時麵臨(lin) 孔隙或裂紋的挑戰。為(wei) 避免這種情況，製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，並在零件周圍均勻施加壓力，然後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，並確保它們(men) 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(jin) 決(jue) 定了性能，更決(jue) 定了零件能否正常發揮功能。

END

正如NASA噴氣推進實驗室增材製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(ge) 巨大的裏程碑，這將為(wei) 增材製造在航天工業(ye) 中創造更多的應用可能。隨著任務的進行，我們(men) 將看到更多探測結果，對此，我們(men) 滿心期待！