导读：在火星建立长期基地将面临严峻的制造挑战，日常的工具损坏、零件磨损与设备故障等突发问题随时可能发生。与地球环境截然不同，火星缺乏便捷的供应链体系，也没有堆满备用件的仓库可供随时调用。基于这一挑战，研究人员正不断探索如何利用增材制造（AM）技术来支持未来的太空任务。
寻找替代氩气的方案
2026年2月，美国阿肯色大学（University of Arkansas）的一项最新研究聚焦于一个关键问题，即在类似火星的大气环境中进行金属3D打印是否具备可行性。这项由研究成果，已经正式发表在《Journal of Manufacturing and Materials Processing》期刊上。
传统的金属增材制造系统在生产时极度依赖氩气作为保护气体，以防止熔融金属在逐层构建过程中发生氧化并产生削弱强度的内部缺陷。火星很难获得大量氩气，从地球长途运送的成本极其高昂，而在当地生产又需要投入额外的设备和资源。鉴于火星大气中超过95%的成分是二氧化碳，研究人员决定测试能否直接在二氧化碳环境中进行金属打印，以便能够直接利用星球上现成的资源。
实验过程与初步发现
研究团队使用了一套定制的激光粉末床熔融（PBF-LB）系统，成功打印了简单的316L不锈钢测试样品。这套配备了500瓦IPG光纤激光器的系统拥有一个可充入不同气体的密封舱，方便研究人员对比氩气、二氧化碳和普通空气三种环境下的打印效果，随后对样品的表面质量、氧化程度和结构结合力进行了详细检测。
△PBF-LB人工环境实验装置概览
结果显示，氩气环境下的打印效果最好，但令人惊喜的是二氧化碳环境的表现远优于普通空气。虽然这些部件的性能比不上氩气环境下的产物，但其展现出的潜力已经足够出色，值得科研人员进行更深入的研究。助理教授Shou认为，这完全可以被视为一个成功的概念验证。
△激光功率对二维成型样品的影响
漫长的星际制造之路
目前这项研究仍处于早期阶段，团队并没有尝试打印成品工具或功能部件，只是制作了简单的激光熔化线条和小块平整结构，用来观察材料在模拟火星大气中的物理表现。要在火星上顺利制造物品依然面临重重阻碍，未来的制造系统除了需要适应特殊的大气成分外，还必须在低重力下稳定运行，并且要应对粉尘、辐射以及太阳系中最极端的温差变化。
尽管如此，这项研究触及了航天机构思考多年的核心议题，即当距离地球数百万英里时如何制造所需物品。随着各国政府和私营企业不断推进超越地球轨道的长期任务，这个问题变得愈发重要。以NASA的Artemis计划为例，目标是在前往火星之前先在月球建立可持续的存在，核心在于“原位资源利用”（ISRU），也就是尽可能使用当地资源代替地球补给。人类走得越远，就地生产就越关键。
前往火星的任务与近地轨道任务截然不同，宇航员可能离家数年且根本无法轻松获取替换件，这就是研究人员看重3D打印的原因。未来宇航员或许只需携带原材料，就能按需制造工具和组件。过去几年里科学家们已经探索过多个相关概念，科学家曾证明将模拟火星风化层与钛合金混合可以创造出坚固的打印材料，未来有望用于制造工具、结构件或防护涂层。
点评
阿肯色大学的这项研究关注的不是能在火星上打印什么，而是能在火星大气中打印什么。如果未来的任务能直接使用火星现有的气体代替氩气，当地的制造工作将会容易得多，这个想法甚至在地球上同样具有应用潜力。研究人员指出二氧化碳通常比氩气更容易获取且价格更低廉，尽管还需要大量测试，但现有结果表明在某些特定场景下二氧化碳完全可以作为替代品。
当然，把金属3D打印机真正搬到火星并非一蹴而就的事情，目前各国的航天机构仍在稳步推进月球基地的建设计划。虽然NASA官方仍将载人登陆火星的时间表定在2030年代，但这更像是一个长远的愿景，分析人士普遍认为现实中的窗口期可能会推迟到2040年代初。不过，无论人类究竟在哪一年踏上那颗红色星球，掌握在当地自主制造和维修物品的能力都是生存的必由之路。
原文链接：https://www.mdpi.com/2504-4494/10/2/67
来源：南极熊
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