阿肯色大学研究人员发现火星大气可以替代3D打印中昂贵的保护气体

阿肯色大学的研究人员证明，火星的二氧化碳大气可以替代氩气作为金属3D打印工艺中的保护气体。这项由Zane Mebruer和Wan Shou撰写、以预印本形式发表在arXiv上的研究，重点关注了316L不锈钢（一种常见的工业材料）的选择性激光熔化（SLM）工艺。

在金属3D打印中，会使用保护气体来防止氧气在打印过程中氧化材料，否则会导致零件变脆。在地球上，通常使用氩气来实现这一目的，但氩气价格昂贵，而且需要从地球运输到火星任务现场。研究人员测试了火星富含二氧化碳的大气层是否能在打印过程中提供足够的保护。

使用三种不同保护气体的3D打印金属样品。（图片来源：Z. Mebruer & W. Shou）

实验对比了使用氩气、二氧化碳和空气进行打印的效果。在实心方形层测试中，氩气表现最佳，面积保持率达到98%，二氧化碳的保持率也达到了85%。而使用空气打印的零件保持率低于50%，无法使用。

研究人员解释说，二氧化碳之所以能发挥作用，是因为它在激光熔池的高温下会发生分解，而且纯二氧化碳环境中的氧分压低于地球富氮大气中的氧分压。用二氧化碳打印的部件含氧量约为用氩气打印部件的1.6倍，但仍远低于在空气中打印的部件。

这项研究成果的应用范围可能不仅限于太空探索，因为二氧化碳在地面3D打印作业中比氩气便宜得多。然而，二氧化碳打印的部件在视觉效果上不如氩气打印的部件，这可能会限制其在注重外观的商业应用中的普及。

来源：arxiv.org