用月尘进行3D打印可能是未来月球生活的关键

发布时间:
2019-08-06
来源:
云3D打印


整个阿波罗11号登月任务仅用了8天。如果我们想在月球,甚至火星或更远的地方建立永久性基地,那么未来的宇航员将不得不在太空中度过更多的日子,数月甚至数年而没有恒定的地球生命线。问题是他们如何掌握所需的一切。使用火箭发送所有用于建造和维持月球长期定居点的设备和用品将非常昂贵。


这就是3D 打印可以进入的地方,允许宇航员用原材料建造他们所需的月球栖息地。太空中3D打印的大部分兴趣都集中在用它来建造月球岩石建筑物。但我的研究表明,使用这种月球为月球制造实验室提供各种设备的替换部件可能更实际。


技术上称为增材制造,3D打印包括一组复杂的技术,可以从数字设计中生产几乎任何形状或几何复杂度的物理产品。该技术已经可以用大量的材料制作,包括金属,陶瓷和塑料,其中一些可用于制造太空级设备。


3D打印还具有以最少的人为参与工作的额外好处。您可以将其设置为打印并等待成品。这意味着它甚至可以远程操作。从理论上讲,你可以在人员面前向月球(或任何其他太空目的地)发送三维打印机,它可以在宇航员到达之前开始制造结构。


       


当然,存在重大挑战。3D打印主要是为在地球上使用而开发的,依赖于某些一致的重力和温度水平来按设计运行。到目前为止,它使用的材料明显不如月球或火星表面的材料复杂。


用月尘打印

月亮被风化层覆盖,这是一种松散的粉状材料,由数百万年的流星轰击月球表面形成。这已经慢慢地将基岩的顶层变成了一种土壤状材料,这种材料由不到几毫米的颗粒制成。虽然理论上你可以使用regolith作为添加剂制造,对于3D打印的房屋或甚至更多的基本组件,如砖和水泥,你需要从地球的其他材料与风化剂混合,如液体粘合剂。




一直在研究如何仅使用风化层来打印一系列工程组件。我们的技术包括使用激光将非常少量的能量转化为热量,这些热量可以融化并融合风化层的晶粒,形成薄而坚固的材料切片。通过多次重复此过程并按顺序添加更多层,我们最终可以构建一个三维对象。


每层厚度不超过1毫米,因此建造大型结构(如墙壁或完整的遮蔽物)将花费不切实际的时间。相反,它更适合生产较小的,精确设计的高度详细的物体,如灰尘或水过滤器,通常需要小于1微米(0.001毫米)的孔。如果重要部件损坏或磨损,3D打印特别有用,并且更换比飞船从地球上带来新部件更快的部件。


仍然需要更好地了解材料及其与3D打印过程的相互作用,并设计新颖的技术解决方案以克服任何限制。在这个阶段,我们甚至很难知道哪些事情可能出错。但下一步是用真正的风化层测试3D打印。地球上现有的样本非常有限,但随着人类准备进入月球活动的新时代,也许很快就会有现成的供应。