*SpaceMining科普撰稿，实际以原文为准，原文引用：Wucheng Sun, Fen Dang, Yan Zhou, Shifeng Wen, Cheng Zhou, Yusheng Shi, Lieyun Ding. Additive manufacturing of lunar regolith: A review. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 4, Issue 3, 2025, 200225.

增材制造，也就是我们常说的 3D打印技术，正让月壤成为人类在月球建基地的 “建材主力”！最近，华中科技大学丁烈云院士团队发表在《Additive Manufacturing Frontiers》的一篇综述论文——《月壤增材制造综述》，系统梳理了用月壤3D打印的两大技术路径，让我们进一步了解了月球 “土” 建将如何开展。

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为什么非要用月壤建基地？

要理解月壤3D打印的意义，得先算一笔 “太空物流账”。从地球往月球运 1 公斤物资，成本高达数十万美元，要是想运够建基地的钢筋、水泥，简直是 “天价工程”。而月球表面几乎遍地都是月壤 —— 这层由陨石撞击、太阳风作用形成的松散颗粒，厚度从几厘米到几十米不等，成分以硅、铝、铁的氧化物为主，恰好是制造建筑材料的好原料。

更关键的是，月球的环境极端苛刻：白天温度高达 127℃，夜晚骤降到 - 190℃，还有无大气保护的真空环境、频繁的微陨石撞击和强辐射。用地球建材未必能适应这种 “冰火两重天”，而月壤本身就是 “月球原住民”，天然能抵御本地环境。因此，“就地取材” 用月壤 3D打印，成了实现月球长期驻留的核心方案。

月壤模拟物增材制造技术示意图

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月壤 3D打印的两条 “技术赛道”

科学家把月壤3D打印技术分成了两大阵营：低温沉积成型和高能束增材制造。前者像 “挤牙膏” 一样层层堆积，后者则靠高能 “熔枪” 把月壤熔化成固体，各有优劣，适合不同场景。

低温沉积成型就像我们日常用的桌面 3D打印机，不用把月壤烧到熔融状态，而是靠 “黏合剂” 把月壤颗粒粘起来，再通过干燥、固化形成结构。常见的有 “材料挤出” 和 “黏合剂喷射” 两种方式。

比如 “直接墨水书写（DIW）” 技术，就是把月壤和黏合剂调成糊状 “墨水”，用喷嘴挤出来层层堆叠。科学家尝试过多种黏合剂：用生物聚合物（比如牛血清白蛋白）做黏合剂，能让打印件抗压强度达到 39.7MPa，相当于普通混凝土的强度；用碱激活剂（类似 geopolymers 材料），甚至能在月球真空环境下实现 48.1MPa 的高强度，还能抵抗冻融循环。不过这种技术有个小麻烦 —— 部分黏合剂需要从地球带，比如硫混凝土里的硫、聚合物黏合剂等，多少还是依赖 “地球补给”。

*3D打印多层 PLGA - 风化层复合圆柱体：(b) 经历单次压缩循环的圆柱体；(c) 在不同条件下进行烧结处理的打印样品

还有一种叫 “轮廓工艺（CC）” 的技术，更像 “月球版3D打印房子”。它用机械臂控制喷嘴，把月壤和黏合剂的混合物像挤奶油一样层层堆叠，还能同步嵌入管线、电路，适合快速搭建大型建筑。美国航天局（NASA）曾设想用这种技术，让机器人在月球打印 着陆平台，避免飞船降落时扬起的月壤 “沙尘” 影响设备。

*轮廓工艺技术作业：(a) 地球环境下 ；(b) 由 ATHLETE 漫游车搭载的月球环境作业

低温技术的最大优点是 “节能”—— 不需要高温加热，靠太阳能就能完成干燥固化，能耗只有高温技术的 5% 不到。但缺点也很明显：黏合剂是 “软肋”，部分黏合剂在月球真空环境下可能失效，导致打印件分层；而且强度上限有限，暂时只能做小型设施，比如工具、简易 shelter（避难所）。

如果说低温技术是 “黏合” 月壤，那高能束技术就是 “熔化” 月壤 —— 用激光、太阳能或微波等高能束，直接把月壤颗粒熔化成液体，冷却后形成致密的固体结构，完全不用黏合剂，是真正的 “全月壤制造”。

“选择性激光熔化（SLM）” 是目前研究较多的技术。科学家用激光束扫描月壤粉末床，让月壤在局部高温下熔化、融合，层层堆积成零件。实验显示，优化激光参数后，打印件的抗压强度能达到 31.4MPa，硬度更是高达 1245HV，比普通钢材还硬，适合做承受载荷的结构件。不过激光技术能耗高，一台 SLM 设备每打印 1 公斤月壤，需要消耗 3-5 度电，在能源紧张的月球，这是个不小的挑战。

*基于选择性激光熔化（SLM）制备的月壤基物体：(a) 多种 3D 物体 ；(b) 长方体样品 ；(c) 单层与多层沉积 ；(d) 基底上四种成分的熔合 ；(e) 多层熔合及熔合样品 ；(f) 多层样品中的缺陷

更 “接地气” 的是 “太阳能烧结” 技术。既然月球白天有充足的太阳能，何不直接用阳光当 “熔枪”？NASA 开发了一种卡塞格林太阳能聚光系统，用直径 0.5 米的反射镜把阳光集中到一点，温度能达到 1600℃以上，足以熔化月壤。欧盟的 “RegoLight” 项目更激进，用 52 平方米的定日镜收集太阳能，实现了 20 千瓦功率的烧结，还造出了能在月球真空环境下工作的移动打印机。

*美国国家航空航天局（NASA）研发的卡塞格林太阳能聚光系统：(a) 光线追踪结构设计布局；(b) 太阳能聚光器室外测试；(c) 初始熔化测试

太阳能技术的优点很突出：完全依赖月球本地能源，不用从地球带燃料；但缺点也很现实 —— 月球有 14 天白天、14 天黑夜的 “昼夜交替”，夜晚没法用太阳能，而且阳光会被月尘遮挡，需要定期清理反射镜。另外，太阳能烧结的打印件强度暂时不高，抗压强度只有 2-5MPa，目前只能做防护板、路面等非承重结构。

还有一种 “微波烧结” 技术很有创意：月壤中的某些成分（比如铁氧化物）能吸收微波能量，科学家用微波阵列照射月壤，让月壤内部自己发热、烧结。有研究设想造一台 “月球铺路车”，用微波把月壤烧结成 0.5 米厚的路面，同时还能释放月壤中吸附的氦 - 3（一种清洁核聚变燃料），可谓 “一举两得”。

*月壤的选择性微波烧结：(a)“月球铺路车”；(b) 自由形态增材建造系统（FACS）上的微波打印头 

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月球 “土” 建还需跨哪些坎？

虽然月壤3D打印已经取得了不少突破，但要真正实现 “月球建基地”，还有几道难关要过。

首先是 “材料适配” 问题。现在科学家用的都是 “月壤模拟物”（比如美国的 JSC-1A、中国的 HL-1），和真实月壤的颗粒形态、成分还有差异。真实月壤颗粒更尖锐、更易团聚，可能会堵塞打印机喷嘴；而且月壤中含有纳米级铁颗粒，会影响激光、微波的能量吸收效率，这些都需要进一步研究。

其次是 “环境适应” 挑战。月球的真空环境会让黏合剂中的水分快速蒸发，导致打印件开裂；低重力（只有地球的 1/6）会让熔融的月壤流动形态改变，影响打印精度；昼夜温差带来的热应力，还可能让打印好的结构变形。比如低温打印的硫混凝土，在月球真空下会损失 9%-12% 的强度，如何解决这些问题，还需要更多实验。

最后是 “设备小型化”。现在的月壤3D打印机都很笨重，比如太阳能聚光系统的反射镜直径就有 0.5 米，要把这些设备运到月球，还得做轻量化改造。科学家正在研发可折叠的反射镜、模块化的打印机组件，未来甚至可能让机器人在月球 “就地组装” 打印机。

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未来：从 “打印零件” 到 “打印基地”

尽管挑战重重，但月壤 3D打印的未来已经初见端倪。论文作者预测，未来 10-20 年，我们可能会看到这样的场景：