为建立可持续的月球基地，利用本地资源（如月壤）进行原位制造至关重要。本研究通过原位同步辐射X射线成像技术，分析月壤模拟物LMS-1在激光粉末床融合（LPBF）过程中的熔池动力学、缺陷演变及加工不稳定性。研究识别出五种加工状态：（i）未沉积；（ii）球化；（iii）烧结；（iv）玻璃化；（v）汽化。最优参数为激光功率145 W、扫描速度390 mm/s、道间距0.25 mm。采用激光重扫描策略可提升致密化程度并减少热应力累积。本研究提供了关键材料数据及熔池几何演变的原位图像，用于验证月壤激光熔化的多物理场数值模型。

创新方法解决的科学问题：

通过原位同步辐射X射线成像技术，首次实时揭示了月球模拟物在LPBF过程中的熔池动态行为与缺陷形成机制，解决了月球原位制造中材料熔化机理不明确、加工参数优化缺乏实验依据的关键问题。

图文导读

1. 1.

   图1. LMS-1粉末表征

   (a) 松散颗粒的SEM图像；

   (b) 振实次数与堆积密度的压实曲线；

   (c) 动态流动性（α）和内聚力（CI）随转速变化曲线；

   (d) 静态条件（ST）及流经铝（Al）和不锈钢（SS）管道后的静电荷；

   (e) LMS-1松散粉末与纯橄榄石矿物的漫反射（%）光谱，红线1070±10 nm表示激光波长。

   
   

1. 2.

   图2. 不同基底材料上的LPBF放射影像

   (a)-(c) 熔融石英基底：（a）首次扫描前；（b）首次扫描后；（c）第三次扫描后；

   (d)-(f) Al6062基底：（d）首次扫描前；（e）首次扫描后；（f）第三次扫描后；

   (g) 蒸汽反冲压力引起的粉末喷溅时序图；

   (h) 熔池内气孔运动（反向马兰戈尼流）。

   
   

1. 3.

   图3. 加工状态图

   (a) 激光功率P (W)、扫描速度v (mm/s)、道间距h (mm)与线能量密度（LED）的工艺窗口；

   (b)-(f) Al6062基底上制造的1 cm²样品：（b）未沉积（0.35 J/mm²）；（c）未固结-球化（1.4 J/mm²）；（d）固结-烧结（1.5 J/mm²）；（e）固结-玻璃化（3.1 J/mm²）；（f）未固结-汽化（13 J/mm²）。

2. 
   

1. 4.

   图4. 圆柱形LMS-1试样分析

   (a) 降低冷却速率的护圈策略示意图；

   (b) 试样（灰色）与孔隙（蓝色）的体渲染图；

   (c) 应力-应变曲线；

   (d) 抗压强度与文献数据对比。

   
   

1. 5.

   图5. 重扫描策略分析

   (a) 基准样品（iii类：烧结）的横截面SEM；

   (b) 重扫描样品（iii, R类：烧结）；

   (c) 基准样品（iv类：玻璃化）；

   (d) 重扫描样品（iv, R类：玻璃化）。

   
   

1. 6.

   图6. 熔池几何分析

   (a) 放射影像处理流程；

   (b) 熔池深度（D）和长深比（LAR）随时间变化；

   (c)-(e) 145 W激光功率下不同扫描速度的时序熔池：（c）600 mm/s；（d）400 mm/s；（e）300 mm/s。