近日，来自内布拉斯加大学林肯分校（University of Nebraska–Lincoln）和普渡大学（Purdue University）的研究团队发布了一项重要研究成果，系统梳理了在太空环境下使用粉末基增材制造技术所面临的关键技术障碍。该研究聚焦于微重力、真空及极端温度条件下，对月球风化层（月壤）和轨道碎片这两种潜在原料的特性进行了深入分析。

随着NASA阿尔忒弥斯（Artemis）等载人登月计划的推进，将人类送回月球成为长远目标。然而，将材料送入太空的成本极其高昂（2024年SpaceX猎鹰9号的发射成本为每公斤12,682美元），这使得探索经济可行的原位资源利用方案变得迫在眉睫。近期，已有研究尝试使用模拟月壤进行激光3D打印，以建造耐用、耐热的月球结构。

原料来源：月壤与轨道碎片

研究指出，月球风化层天然适合作为粉末原料，其90%的颗粒尺寸小于1000微米。然而，由于缺乏大气层保护，经陨石微粒撞击形成的月壤颗粒形态尖锐、不规则，与地球上使用的球形粉末相比，其流动性和堆积密度更为复杂。火星风化层则带来额外挑战，其含有的有毒高氯酸盐和含水矿物可能影响制造安全和打印部件的结构完整性。

轨道碎片则提供了金属原料来源。该综述描绘了一条多级回收路径，包括机器人收集、光谱分类、热处理、等离子体或电子束雾化，以及在增材制造系统中使用前的严格表征。

环境对粉末行为的影响

微重力、真空和极端温度会以标准地表表征方法无法预测的方式改变粉末行为。在低重力环境下，范德华力在更大尺寸颗粒间的作用增强，增加了堵塞和团聚的风险。月球表面从-250ºC到250ºC的极端温差，会通过改变颗粒形状、屈服强度和摩擦起电效应进一步影响流动性。

在团队评估的几种粉末生产方法中，电解法被认为最适用于太空，因为它依赖电力（可由太阳能提供），且不依赖于重力。研究人员还指出，动态图像分析和电阻法测量是微重力条件下最具前景的粉末表征技术。

该研究成果已作为同行评审论文发表于《npj先进制造》（npj Advanced Manufacturing）期刊，为未来太空增材制造的原位资源利用和技术发展提供了重要的理论基础。