3D 打印月壤砖可承受太空极端环境

多数月壤砖研究从模拟月壤起步，即按 Apollo 与嫦娥样品化学成分配比的磨细玄武岩或斜长岩混合料。粒径从几微米到约 1 mm，颗粒棱角形状比名义成分更关键。

此后路线分叉。一种用激光或聚光太阳光束逐层熔化融合，与实验室照片中任何 3D 打印月壤砖一样采用逐层逻辑。另一种在石墨模具中压制粉末后入炉烧结，速度较慢但密度更均匀。

微波烧结介于两者之间。月壤在 1,000 °C 以上吸收微波良好，内部先于表面升温，零件由内向外致密化。问题在于开裂：厚截面的热梯度会在芯部收缩完成前引发裂纹。

• 1
  激光或太阳能熔化快速、局部，适合薄壁和复杂几何。残余应力高。
• 2
  压制烧结密度均匀，形状简单。需要模具和长炉周期。
• 3
  微波烧结体积加热，能耗低。截面越厚开裂风险越高。
• 4
  粘结剂喷射室温成型后烧结。粘结剂烧除后留下孔隙。

月球一昼夜约 29.5 个地球日。表面温度从日照约 120 °C 到阴影 -170 °C，过渡历时数小时而非数分钟。经受一次循环的砖在两百次后仍可能失效。

真空也改变规则。任何滞留气体或残余粘结剂都想逸出，没有大气压制约，便留下孔隙和微裂纹。出气是缓慢过程，损伤常在零件通过初检很久后才显现。

还有磨蚀。月壤尖锐，并靠静电荷粘附一切。滑动接头会自我研磨；本应固定的接头若粉尘进入界面仍会蠕变。

若结构需承受内压，烧结月壤块不能作壁面。2% 至 15% 的孔隙率意味着会泄漏。月壤砖最适合用作屏蔽、热质量或微流星体缓冲层，内部另设压力容器。

紧公差是另一处不匹配。烧结使零件收缩，收缩量随密度和炉内位置变化。±0.005 mm 的特征是机加工特征，不是打印特征。现实路径是打印留余量，再用 CNC 精加工配合面。

小零件也存疑。低于约 100 mm 时，单件的搬运与烧结开销相对从地球运件很少划算。砖越大越重，经济性越好。

• 1
  适用屏蔽墙、发射台、护坡、热质量、道路基层。
• 2
  不适用压力容器、密封面、精密内孔、小支架。

任何砖上天之前，得有人造出测试它的装置。即真空舱工装、热罩框架、加载压板和定位块。这些是机加工件，公差要求与任何航空航天工装相同。

6061-T6 和 7075 铝可胜任多数舱内工装。304 和 17-4PH 不锈钢用于反复热循环或需低出气的场合。对需在 200 °C 温差下保持平面的压板，合金选择和去应力工序比表面处理更重要。

我们也加工模拟月壤处理硬件：料斗、模具、压实冲头和模腔。模拟月壤有磨蚀性，耐用冲头面需更硬合金或涂层。这是普通工装活，只是平面度和平行度要求更严。

典型尺寸从 500 × 500 × 450 mm 行程到 4,000 × 400 × 150 mm 长框架导轨行程。加载压板的平面度通常要求整个表面 0.02 mm 或更好。