普渡大学和内布拉斯加大学林肯分校的研究团队在《npj Advanced Manufacturing》期刊上发表了一篇全面综述，系统分析了粉末基增材制造在太空环境中应用的技术潜力和障碍。研究指出，该技术是一种可行的策略，能够直接利用月球风化层和轨道碎片等原位材料，在太空中建造工具、栖息地和基础设施。

随着太空发射成本高企——例如2024年SpaceX猎鹰9号的发射成本约为每公斤12,682美元——就地取材已成为核心工程挑战。以NASA阿尔忒弥斯计划为代表的长期月球探索目标，进一步推动了对成本效益高、可行性强的在轨制造方案的需求。

研究确定了两种主要的太空原位原料来源。其一是月球风化层，这种覆盖月球表面的细碎物质中90%的颗粒直径小于1000微米，天然兼容粉末基制造技术。然而，由于缺乏大气保护，月壤颗粒因流星体撞击而呈粗糙、不规则形态，导致其流动性及堆积密度问题远比地球上使用的球形粉末更为复杂，难以实现粉末床熔融和粘结剂喷射所需的均匀铺层。

回收的轨道碎片是第二个可行来源。目前估计有9500吨金属材料环绕地球轨道运行，研究概述了一个多阶段的回收路径，包括机器人收集废弃的卫星和火箭末级、光谱分选、热预处理、等离子体或电子束雾化，以及在用于增材制造系统前进行严格的特性表征。

火星风化层则带来了更多挑战，其含有的有毒高氯酸盐化合物和水合矿物，可能影响制造安全性及最终打印部件的结构完整性。

研究着重分析了太空环境如何扰乱粉末行为。在微重力下，范德华力变得主导，导致粉末结块并堵塞喷嘴；在月球重力下，这些力在更广泛的颗粒尺寸范围内占据主导，从根本上改变了流动动力学。太阳风还会使月球颗粒带电，增加团聚和表面粘附。

极端温度带来了进一步的复杂性。月球表面温度在-250至250°C之间的剧烈变化，会通过影响颗粒形状、屈服强度和摩擦带电，进一步改变粉末流动性。高温超过了PLA和ABS等聚合物的熔化温度，甚至会影响金属粉末的性能。真空条件则消除了气动输送等气体辅助粉末传输方法。

在所评估的粉末生产方法中，电解法被认为是最具太空兼容性的。它独立于重力运行，可以依靠太阳能供电，并能利用水或富含金属的风化层等本地资源。

粘结剂喷射技术因其能够在不熔化的前提下加工陶瓷粉末，从而降低了加工过程中的能量需求而脱颖而出，尽管它通常需要一个高能量的后处理步骤。

在质量保证方面，研究强调了两种适合太空条件的监测方法。扭矩和光学反馈系统可实时检测粉末层缺陷；激光声共振光谱技术可以识别小至1mm x 1mm x 200微米的内部缺陷。研究人员同时指出，动态图像分析和电感应区测量等技术，是适用于微重力环境下的、最有前途的粉末表征方法。

在建模方面，马格德堡大学的研究人员模拟了风化层通过沙漏几何结构的流动，以复制粉末通过定向能量沉积喷嘴的运动。圣弗朗西斯科河谷联邦大学的一个团队正在模拟气流通过粉末床，作为一种在零重力下稳定颗粒的机制，以取代重力在地球上所起的作用。

多个NASA资助的项目已经将这项研究转化为硬件。Big Metal Additive正致力于减少材料浪费并缩短月球栖息地结构的生产时间。Redwire正在开发一个平台，将月球风化层加工成道路、着陆垫和栖息地地基。ICON公司正在与NASA合作调整其系统用于月球栖息地建造。蓝色起源正在推进原位资源利用技术，以从月球风化层中提取氧气和金属。

近期，已有测试利用模拟月球土壤进行激光3D打印，以建造耐用且耐热的结构。

这项名为《粉末表征用于太空增材制造》的研究由 D. Scott Fernander, Rakeshkumar Karunakaran, Paul R. Mort, 和 Michael P. Sealy 共同撰写。