增材制造月壤原位成形技術的研究現狀

吳靈芝 ，尹海清 ,3，張聰 ，張瑞杰 ,3，王永偉 ，姜雪 ,3，曲選輝

（1.北京材料基因工程高精尖創新中心，北京 100083；2.北京科技大學鋼鐵共性技術協同創新中心，北京 100083；3.北京科技大學北京材料基因工程重點實驗室，北京 100083；4.北京科技大學新材料技術研究院，現代交通金屬材料與加工技術北京實驗室，北京 100083）

21 世紀初，人類迎來了探月高潮[1]。美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）提出了“建立月球永久根據地”的計劃，歐洲航天局（European Space Agency,ESA）也制定了“極光”等計劃，其主要任務就是建立月球基地，實施載人登月計劃，以月球為跳板實現宇宙探索。月球是離地球最近的星球，是迄今為止人類了解最多的星球[2-3]。月球基地建設對人類而言是深空探索的第一步，隨著科技的進步，月球探索已成為各國搶占的重要戰略資源[4]。由于其微重力、強輻射、高真空、交變冷循環、隕石撞擊等苛刻的環境[2]，目前月球基地建設還存在著諸多技術挑戰，其中節約經濟成本和縮短建設周期是亟待解決的問題。原位資源利用（In-situ Resource Utilization,ISRU）概念最早由NASA 提出。在建設月球時，若原材料需要從地球運送，則會產生巨大的運輸成本，因此研究月球原位資源利用是相當有必要的，就地取材利用月壤進行增材制造，對于月球探索具有重大意義。

增材制造技術又稱3D 打印技術，在航空航天、建筑、汽車、電子、醫療、軍工等領域應用較多[5-6]，近年來，在載人航天工程等領域增材制造技術得到了迅猛發展，它是以數字模型文件為基礎，通過計算機軟件和相應的打印系統進行操控的。主要方式有熔融沉積成形技術[7]、選區激光熔化技術[8]、選區激光燒結技術[9]、光固化技術[10]、熱噴涂技術等[11]。目前來看，在航空航天領域及月球原位資源利用領域，增材制造技術具有良好的應用前景[12]。

本文從增材制造技術領域多維度梳理和評價了國內外深空計劃-月球基地建設的研究進展以及未來的計劃，總結了目前月壤增材制造技術的優缺點和面臨的主要挑戰，為我國月壤增材制造技術的發展提供一定的參考。

1 月壤定義及成分

月壤，是指月球表層中由礦物顆粒、巖石碎片、玻璃質微粒(玻璃狀SiO2——流星撞擊月球造成)等結構松散復雜的混合物組合而成。月壤中存在著天然的Fe、Au、Ag、Pb、Zn、Cu、Sb、Re、Ce 礦物顆粒，不富含其他的有機養分,表面非常干燥。對比于土壤來說，月壤顆粒更細小且直徑也不足1 mm。

月壤的早期研究基本上確定了月壤是三類主要物質的混合物，即高地巖石和角礫巖、克里普巖(KREEP)以及月海玄武巖和火山玻璃。其次，外部高能粒子可以對月壤產生重要的影響。月表的真空環境有利于月壤接受太陽風、地球風、宇宙射線的輻射及改造。太陽風和宇宙射線可以顯著改變月壤的氫、碳、氮及稀有氣體(氦、氖、氬)等揮發分含量和同位素組成[13-14]。此外，微隕石撞擊作用也能夠明顯改變月壤組成及性質。微隕石撞擊可使月壤發生翻耕作用，改變月壤的成熟度及暴露年齡。并且微隕石這類外來物質也可以改變月壤的礦物組成和地球化學成分[15]（圖1）。

圖1 月壤的太空風化作用及對內部物質示意[12,16]Fig.1 Schematic of space weathering of lunar soil and its effect on internal materials[12,16]

月壤的基本組成顆粒包括：礦物碎屑(含量80%以上的顆粒主要為橄欖石、斜長石、輝石、鈦鐵礦、尖晶石等)、原始結晶巖碎屑(玄武巖、斜長巖、橄欖巖、蘇長巖等)、角礫巖碎屑、各種玻璃(熔融巖、微角礫巖、撞擊玻璃、黃色或黑色火成碎屑玻璃)、獨特的月壤組分——粘合集塊巖、隕石碎片等。因此，月壤的化學成分、巖石類型和礦物組成非常復雜，幾乎每個月壤樣品都包括多種巖石和礦物，僅月海玄武巖的就包括極低鈦、低鈦、高鈦、極高鈦四種，TiO2從0.5%～13%不等。

2 月壤與模擬月壤

2.1 月壤的粒徑分布及顆粒形態

月壤顆粒直徑以小于1 mm 為主，絕大部分顆粒直徑在1～30 mm 之間，中值粒徑在40～130μm 之間，10%～20%的顆粒直徑小于20 μm，平均粒徑為70 μm。不同單元的月壤暴露月表的時間、受到隕石的撞擊、太陽風和高能宇宙射線轟擊的程度不相同，成熟程度也不相同。成熟度越高，平均粒度越細。一定體積中的大塊巖石的含量就越少。月球的顆粒形態是高度復雜的，從球形到極端的棱角狀都存在（表1）。

表1 月壤的顆粒形態Table 1 Particle morphology of lunar soil

2.2 模擬月壤的化學組成

從月球采集帶回的真實月壤數量十分有限。利用原位資源利用進行月球基地建設技術研究需要大量消耗月壤進行實驗，因此利用地球材料制備與真實月壤相似的模擬月壤十分必要。世界各地的研究人員一直致力于模擬月壤的開發研究。目前，典型的模擬月壤包括約翰遜航天中心JSC-1、明尼蘇達MLS-1、日本富士FJK-1、中國科學院CAS-1 和東北大學的NEU-1 和同濟TJ-1、南京月壤等，其化學成分見表2。實際上，這些氧化物以復合氧化物的形式存在，如斜長石/鈣長石(CaAl2Si2O8)、鈦鐵礦(FeTiO3)等，有些資源還含有極少量的輝石XY(Si、Al)2O6[X=Ca、Na、Fe(二價)、Mg；Y=Cr、Al、Fe(三價)]和橄欖石(Mg2SiO4、Fe2SiO4)等[17]。

表2 月壤及模擬月壤化學組成/%[17-18]Table 2 Chemical composition of lunar soil and simulated lunar soil[17-18]

錢學森空間技術實驗室提供的CUG-1A 是一種模擬月壤，其化學成分與阿波羅14 號采樣地點收集的月球風化層相同?？紤]到不同采樣區域的風化層成分不同，該CUG-1A LRS 主要用于模擬低Ti 月球土壤，其化學成分見表2。中國科學院地球化學研究所研制的月壤模擬物CLRS-2 是阿波羅11 號月壤樣品的模擬物。CLRS-2 是一種高Ti 玄武巖模擬物，包括橄欖石、輝石、鈣長石和火山玻璃，化學成分見表2。

另外一些實驗用的模擬月壤材料有位于南京市六合區的顆粒狀堿性橄欖玄武巖，其宏觀形態呈現棱角狀、次棱角狀、長條狀，能夠較好地反映出真實月壤的顆粒形態。巖石的礦物組成中，主要包含橄欖石、輝石等，基質約含70%斜長石，其余為填充在斜長石晶格之間的橄欖石、輝石、不透明鐵質等?；瘜W成分和真實月壤較為相似[19]。

李峰等[20]以吉林省金龍頂子火山渣為原料研制了一種新型模擬月壤，名為北航-1（BH-1）。通過X 射線熒光光譜、X 射線衍射、掃描電子顯微鏡和反射光譜結果證實，BH-1 的化學礦物組成和微觀結構與真實月壤非常相似。

3 模擬月壤增材制造研究現狀

在美國重返月球計劃(星座計劃)支持下，NASA 馬歇爾空間飛行中心圍繞空間原位制造和修復(In-Situ Fabrication and Repair,ISFR)以及空間原位資源利用(In-Situ Resource Utilization,ISRU)開展了系統研究。ISFR/ISRU 的研究主要圍繞空間制造技術評估、空間資源利用可行性分析、地面驗證實驗等開展了系統研究，并針對電子束熔化(Electron Beam Melting,EBM)技術[12]、混凝土擠出(Concrete Extrusion System)工藝、月壤資源利用等增材制造工藝與材料方面開展了系統研究。為了實現月球風化層原位調幅，必須考慮月球低重力環境對調幅過程的影響。目前我國已有相關研究通過飛機或空間站的拋物實驗驗證了不同重力環境下AM 過程的可行性[2,21]。

3.1 模擬月壤高能束選區燒結

NASA 馬歇爾空間飛行中心開展的月壤電子束選區燒結工藝可行性研究發現月壤礦物質中包含大量Al、Ti、Fe 等元素，可以直接3D 打印。但所面臨的問題是如何優化工藝，獲取足夠強度的零件結構，避免脆性斷裂[22]。為了避免該問題，NASA 研究人員采用Al 粉作為粘結劑與模擬月壤混合進行了電子束選區燒結實驗，鋁粉熔化并對月壤進行了包圍連接，但未見有力學性能的相關數據報道[23]。Balla 等[24]利用實驗方法開展了激光凈成形（LENS）月壤3D 打印技術的可行性研究，通過激光參數組合設計，首次獲得了模擬月壤3D 打印圓柱體結構[25]。Hintze 等[26]分析了燒結過程中的模擬月球土壤成分，發現模擬土壤系統中的第一個熔融成分是玻璃相，其次是鐵礦石，然后是富鈣板巖相，最高熔點為1200 ℃。因此，月球土壤的成分強烈影響著燒結過程和最終形態質量。除了上述的燒結氣氛、燒結溫度和粉末成分外，粉末粒度分布對燒結質量也有很大的影響因素。此外，實際月球土壤的不規則形態也對燒結過程產生不利影響；因此，在進一步研究中包括燒結和增材制造燒結，有必要對燒結過程進行參數優化。

最近，Yuan 等[27]基于選區激光燒結工藝，提出了月球土壤-聚脂酮（PAEK）混合粉末的漸進式優化設計方法。聚芳醚酮是飛機工業中的常見物質[28]，常見于回收航天器、降落傘和著陸氣囊等，經常用來制造印刷材料，它是一種理想的燒結材料添加劑，可以降低燒結溫度，節省大量能源，同時提高印刷效率。在材料方面，Yuan等[27]通過雜化粉末的界面粘結機理，研究了月壤與PAEK 的較佳配比。并且根據月球表面極端環境，研究了月球建筑結構設計及其物理映射關系，利用仿生結構的原理應用于月球基地模型設計。最后設計并制作了較佳波長激光器和集成驅動器，完成了輕型月球土壤激光打印工具末端的開發。完成了一項比較綜合且具有一定難度的設計，但研究中提到的技術對于實際的月球基地建設，仍有許多未知可能性。后續仍需要研發專門的監測設備和修理設備等。

3.2 模擬月壤無機粘結劑3D 打印

NASA 馬歇爾空間飛行中心開展了基于月壤的無水水泥(Waterless Concrete)制備與性能、混凝土擠出成形工藝兩方面的研究[22]。NASA 與Toutanji 等[29]合作開展無水水泥的研制與性能評估工作，月球土壤中的平均S 含量為2.5%[30]，研究團隊采用可從月壤中提取的硫磺作為粘結劑，與模擬月壤材料混合，制備出一種硫磺水泥，又稱為月壤水泥(Lunarcrete)[23]。與傳統水泥不同，硫磺水泥混合物被加熱到硫磺熔點（140 ℃），然后冷卻，即可達到其較佳力學性能，從而獲得一種無水的混凝土結構。因此，硫混凝土被認為是火星上建筑的理想材料[31]。但仍存在一些缺點，主要影響因素是硫磺工作溫度的限制。當溫度達到119 ℃時，硫磺混凝土會熔化變形，而月球表面最高溫度可達125 ℃，這大大限制了硫磺混凝土的應用。此外，高低溫交變環境下的低耐久性也限制了硫磺混凝土在月球上的應用。Montes 等[32]首次模擬月壤聚合物混凝土，并通過改變堿活化劑溶液的濃度和調整硅鋁摩爾比來調節其機械強度，與此類似的工作還有Hertel 等通過將鋁硅酸鹽骨料與堿性活化劑溶液混合而成[33]。

直接墨水噴?。―irect ink writing，DIW）是一種增材制造技術，可從噴嘴中擠出材料并逐層形成組件。Taylor 等[34]開發了一種主要由聚乳酸、乙醇酸聚合物和模擬月球土壤組成的土壤墨水。分別在空氣和氫氣氣氛中進行高溫處理后，最終產品中的鈦鐵礦被氫氣還原為金屬鐵，這改善了鐵磁響應，并創建了DIW 工藝制造的電磁夾持器，用于在月球上運輸和處理物體。然而，DIW面臨著來自液體或膠體漿料擠出以及來自空間輻射的有機化合物穩定性的挑戰。Jakus 等[35]通過DIW 創建了模擬月壤。模擬月壤油墨是通過混合蒸發劑、增塑劑和從生物廢棄物中獲得的表面活性劑溶劑合成的。用二氯甲烷中的2-丁氧基乙醇（2-Bu）、鄰苯二甲酸二丁酯和聚乳酸-羥基乙酸共聚物包裹土壤顆粒，使其有效結合。此外，DIW 工藝制造的鏤空結構和復合油墨的高彈性模量有助于形成獨特的類似橡膠的循環機械性能，其楊氏模量為1.8～13.2 MPa。這些復合模擬月壤油墨具有在資源有限的環境中回收的潛力。

盡管DIW 技術具有流動性和材料適用性的優點，DIW 對打印所有類型的漿料具有高度兼容性。但是有機粘結劑的儲存和失活以及微重力擠壓方面仍然存在問題。如果能克服該問題，制造的月壤混凝土具有高自固化強度、抗輻射、低消耗等優點，這為在月球基地建設建造大型建筑創造了比較大的潛力。

Zhao 等[36]提出了一種利用月球表層土和聚合物粘結劑混合粉末制備復雜幾何形狀三維實體結構構件的激光輔助AM 工藝，利用PA12/ SiO2混合粉末制備月壤復合材料。其中，市售熱塑性PA12 粉末(FS3300PA)是一種典型的熱塑性聚合物，用于激光輔助粉末融合系統。PA12 的熔點和堆積密度分別為183 ℃和1.06 g/cm3。選用直徑為PA12 的石英砂(以下簡稱SiO2)粉體進行均勻混合，保證流動性，避免團聚。通過設計正交實驗，在適當的范圍內優化工藝參數和復合材料成分，建立月壤復合材料工藝-結構-性能的關系。復合材料成分和工藝參數的較優組合為體積混合比50/50，激光功率30 W，掃描速度3 500 mm/s，掃描間距0.2 mm。月壤復合材料的最大抗拉強度達到9.248 MPa，表面變化最大深度為120.79 μm，表明月壤復合材料的粉末熔合和燒結質量較差。這種激光輔助工藝的有效性和可行性有望成為未來安裝在月球車上的太陽能電池板輕量化設計的有效手段。

3.3 模擬月壤噴射成形工藝

歐洲宇航局(European Space Agency，ESA)資助，由英國Foster+Partners 公司、Monolite 公司、意大利Alta Sp A 公司、比薩大學等組成的研究團隊，專門研究如何就地取材，在月球上建立可供人類居住的基地[23]，該研究團隊采用英國Monolite 公司研制的基于D-shape 技術的3D 打印機實現穹頂建造，這是一種基于粉末的噴射成形技術（powder-based ink jetting,PIJ）。該設備基于一個6 m 寬的框架，打印機的噴頭陣列在框架內移動，每次打印的單層厚度是5～10 mm，將低粘度、高表面張力的液體墨水溶液通過化學反應噴到沙粒狀的建筑材料上，通過化學反應將溶液和沙粒一起粘合起來，凝固后可形成良好拉伸強度和韌性的大理石質地結構體，該研究團隊利用模擬月壤進行了地面測試，打印出了蜂窩結構構件[23]。但這將需要在月球上運輸或組裝一個巨大的打印機或者采用一個1～2 m 打印寬度的3D 打印機配有輪子可進行位置變化的打印機，并且由于實驗所用的有機粘結劑在運輸和儲存過程中會增加巨大的成本，因此這些因素仍然面臨重要的挑戰。

3.4 模擬月壤立體光刻3D 成形

立體光刻3D 成形也稱光固化3D 打印技術，基本原理是利用紫外光觸發光敏樹脂進行光聚合反應來固化，通過控制液態材料實現立體成形[37]。光固化增材制造技術[38]可分為光固化成形（Stereo Lithography Apparatus，SLA）和數字光處理技術（Digital Light Processing，DLP）。數字光處理(DLP)立體光刻由于其卓越的精度和表面光潔度，有望成為生產復雜形狀月球風化層結構的最有前途的3D 打印技術之一。中國科學院(CAS)的研究人員驗證了DLP 立體光刻在微重力條件下的適用性，他們首次在失重條件下進行了DLP 立體光刻實驗[2]。在太空制造過程中，可對印刷漿液進行精確控制，從而消除了微重力環境下粉末漂浮的問題[39]。Liu 等[39]采用CLRS-2 模擬劑通過DLP 立體刻蝕法制備了形狀復雜的月壤結構，研究了3D 打印層厚度對月壤結構微觀結構和力學性能的影響。此外，Dou 等[40]詳細討論了燒結氣氛對DLP 立體光刻法制備的月壤燒結樣品的相變、微觀結構和力學性能的影響。在空氣中燒結的樣品比在氬氣中燒結的樣品具有更好的力學性能。月球表面的氣壓在10-10Pa 左右，材料的熔化溫度通常隨著環境氣壓的降低而降低，因此月球真空環境中月壤材料的熔化溫度通常低于大氣環境。但已有研究證實了從月球風化層中提取氧氣的可行性，可為月球風化層的燒結創造一定的氣壓和氧氣氣氛[41]。2018 年，中國科學院研究人員利用DLP 技術實現了全球首例微重力條件下陶瓷材料的3D 打印實驗，證明了該工藝的可行性。中國航天科技集團第五研究院研制的3D 打印機在全球范圍內獨立完成了連續纖維增強復合材料的首個樣品打印，驗證了微重力環境下復合材料3D 打印的科學實驗目標。在基于DLP 立體印刷技術的3D打印中，制備低粘度高固相泥漿至關重要[42]。先前的研究表明，使用高固體漿料有利于減少燒結樣品中的缺陷，如開裂和分層。此外，印刷漿液應具有較低的粘度，以產生均勻的陶瓷漿液層。然而，由于漿液粘度隨著固體負荷的增加而增加，很難制備出同時滿足這兩種條件的漿液。

粉末表面改性是生產具有理想性能的印刷漿料的有效方法。已有研究證實，粉末表面改性提高了粉末與光敏樹脂的親和度，可有效提高漿料分散性，降低粘度[43]。Liu 等[44]使用硅烷偶聯劑(KH570)制備了高固相低粘度的Si3N4漿料，表明表面改性劑增強了樹脂中顆粒的分散性，從而改善了陶瓷漿料的流變性、潤濕性和穩定性，證明了粉末表面改性對降低陶瓷漿料粘度和提高DLP立體光刻陶瓷組分力學性能的有效性。Chen 等[42]通過DLP 技術結合粉末表面改性，使用硅烷偶聯劑(KH570)對模擬月球風化層CUG-1A 粉末進行改性，以改善光固化漿體的分散性和流變性能，實現了燒結后樣品相對密度為86.47%，抗彎強度為（91.13±5.50）MPa。研究表明，粉末表面改性促進了DLP-3D 打印月球風化層模擬結構在燒結過程中的致密化，提高了其抗彎強度。

近期，深空探測的開展使利用月球原位資源進行增材制造的策略備受關注，不同區域的月壤具有一定的成分差異，低Ti 月壤的制作方案仍未得到充分研究。Wang 等[45]從低Ti 型模擬月壤的光固化3D 打印和熱處理策略的角度出發，探究并實現高尺寸精度和高機械性能的樣件制造。具體來說，主要基于流變特性測試和固化深度表征，深入研究了固含量和光引發劑濃度對可打印性的影響。隨后，通過進一步工藝優化，研究人員成功利用光固化3D 打印技術制造出了層間結合強度好、尺寸精度高的坯體。此外，本研究還在空氣和氮氣兩種保護氣氛中研究了脫脂升溫速率和燒結溫度對樣品的影響，以提高樣品的力學性能。最終，獲得了彎曲強度為108.8 MPa、抗壓強度為222.8 MPa 的燒結件，這充分展現了該技術應用于未來太空制造的潛力。

Liu 等[18]利用模擬月壤通過數字光處理(digital light processing,DLP)將CLRS-2 模擬月球風化層粉末與光固化樹脂混合制備打印漿料，顯示出良好的打印性能。分析了模擬材料的微觀結構、化學成分、粒度分布和熱重特性。燒結試樣的平均抗壓強度和抗彎強度分別為428.1 MPa 和129.5 MPa。在相同的暴露強度條件下，在30、60、150 s 的不同暴露時間內制備了25、50、100μm 三種不同厚度的樣品。光照射引發光聚合反應形成了聚合物框架，將打印樣品在電加熱爐(中國科晶GSL-1700x)中進行燒結。在空氣氣氛下進行兩段熱處理：450 ℃熱解2 h 和1 150 ℃燒結4 h，加熱速率和冷卻速率均為2 ℃/min。

3.5 模擬月壤選區激光熔化技術

選區激光熔化技術（Selective Laser Melting,SLM）是一種廣泛應用于金屬材料的增材制造技術，相對于傳統制造，可節約加工周期，降低模具成本等。由于月壤中具備一定的納米鐵顆粒，故可以使用選區激光熔化技術制備[1]。2019 年，北京航空航天大學的李雯等[1]驗證了基于SLM 的模擬月壤3D 打印的可行性[25]。

Reitz 等[46]用Einstein-Elevator 設備進行了不同重力條件下風化層模擬的選擇性激光熔化實驗，結果顯示樣品的幾何形狀、質量和孔隙率均無明顯差異。

王超等[25]利用了CUG-1A 模擬土壤為原料，進行了選區激光熔化實驗，認為激光功率和掃描速度影響激光熔融深度和直徑，是模擬月壤激光熔融成形的關鍵工藝參數；模擬月壤熔融成形過程易出現孔洞、球化等典型缺陷,需要進一步對月壤激光相變機理和上述成形工藝參數進行解析優化[34]。

Fateri 等[47]開展了選區激光熔化（SLM）月壤3D 打印技術的可行性研究，首先利用一維激光掃描松散模擬月壤粉末，通過熔池穿透深度確定較佳粉末鋪層厚度和關聯激光工藝參數；開展了激光功率、掃描速度、軌跡偏移量、掃描間隔等參數優化，獲得了一定結構復雜度的模擬月壤結構件；并以此為基礎，通過優化月壤粉末顆粒粒徑和分布狀態，獲取了更加復雜、更高幾何精度和試樣質量的成形件，初步驗證了SLM 在月壤3D 打印領域的可行性。Goulas 等[48]開展了模擬月壤SLM 實驗研究，首先確定了粉末顆粒粒徑、光束直徑以及最小層厚之間的工藝窗口，以實現材料在激光成形過程中的充分熔融以及在每層沉積過程中粉末的良好填充行為，并完成了基于模擬月壤粉末材料的多層結構；進一步分別針對模擬月壤和火壤研究了材料光學吸收率、高溫穩定性以及粉末顆粒的內部孔隙對粉末床成形質量的影響，結果表明，相對于火壤，月壤更加適合于粉末床熔合成形[49]。李雯等[1]探索了基于SLM 的模擬月壤3D 打印技術的可行性，開展了SLM 成形工藝參數研究，結果表明，體積能量密度決定成形件質量，鋪粉厚度對成形件力學性能影響顯著。針對模擬月壤的選區激光熔化，合適的打印的工藝參數選擇對性能是極為重要的，決定月壤增材制造的關鍵是激光參數設計、粉末床質量控制、構建高質量熔池等?，F有模擬月壤的選區激光熔化技術完成的模擬月壤成形樣品普遍存在疏松、裂紋、孔洞等缺陷，說明月壤材料原位3D 打印成形工藝方法和具體參數還需深入研究。

3.6 其他方法

Levent 等[50]首次采用冷燒結工藝(CSP)對火星模擬月壤(MGS-1)進行致密化處理，可作為一種新型的原位資源化利用方式，該技術使用NaOH溶液作為液體介質，在顆粒尺寸小于100 μm 的模擬月壤粉末的致密化過程中，在30 min 內，隨著NaOH 濃度從3 M 到10 M 增加(3 M：在混合物中使用3.4 % NaOH；10 M：在混合物中使用9.1%NaOH)，攪拌5 min 和處理溫度(從150 ℃到250℃)的增加，風化層壓實體的相對密度和力學性能都有所增強。用模擬火星風化層粉末在250 ℃、10 M NaOH 溶液中制備的樣品相對密度約為88%，抗壓強度高達45 MPa。

4 結論與展望

3D 打印成形技術用于評估利用月壤建造月球基地，具有很大的潛在可能性。3D 打印技術利用D-shape、微擠出式“墨水”3D 打印、激光3D 打印等增材制造工藝已成功將模擬月壤原料打印成形。其中D-shape、擠出式墨水3D 打印已被證明微重力對其打印對象幾乎沒有影響，可開展模擬空間環境下高性能聚合物及其復合材料、無機非金屬材料、多自由度大尺度制造等3D 打印工藝與裝備；開展面向空間應用的輕質高性能材料如PEEK、PEI 及其復合材料的材料體系與配備的3D 打印工藝研究，特別是對高聚合物基線材和高粘度泥漿。并且同時應探索高性能聚合物及其復合材料的高效回收利用方法。

為了選擇合適的3D 打印技術或手段，必須了解打印過程中的各個因素，例如機理、原理、材料適用性和打印條件等。針對選區激光熔化/燒結，應設定合理的工藝參數；使孔隙率降低，提高致密度，提高基本力學性能；針對立體光刻3D 成形，需要制備出特殊的光敏樹脂印刷漿液以適應微重力環境，使得在沒有外力施加情況下，狀態是固體/半固態，但一旦有剪切力的出現，在局部會發生流動特性的變換。且粉末表面改性也是有必要考慮的，對于結構復雜的模型，如何施加支撐以及去支撐也值得考慮。

綜上所述，所有增材制造技術的主要問題是精度，未來的空間制造技術將趨向于更高的精度、更快的速度和更大的規模。開展AM 技術實驗模擬，促進先進材料技術和適宜設備的出現，是長期發展規劃的需要。