В последнее время наблюдается большой прогресс в 3D-печати объектов из лунного реголита. Мы сообщали о нескольких проектах, которые пытались сделать это, но с разной степенью успеха. Тем не менее, большинство из них требуют некоторой добавки, такой как полимер или соленая вода, в качестве связующего вещества. Недавно статья Жюльена Гарнье и их соавторов из Университета Тулузы, опубликованная в Acta Astronautica, попытался создать 3D-печатные объекты, упрочненные на сжатие, используя только сам реголит.

Доставка вещей в космос стоит дорого, поэтому неудивительно, что любая технология 3D-печати, которая требует доставки большого количества вещей с Земли, находится в невыгодном положении. В различных проектах, таких как тот, которым руководит компания AI Spacefactory, используются добавки, такие как полимеры, которые должны быть изготовлены на Земле, а затем отправлены на Луну, прежде чем соединиться с реголитом in situ.

Доктор Гарнье надеялся обойти это требование, используя селективное лазерное плавление (SLM) на определенном типе аналога реголита. Известная как базальт Пик д’Иссон (BPY), эта вулканическая порода собрана из Пик д’Иссон, древнего потухшего вулкана во Франции. Он начал набирать популярность в качестве имитатора лунного реголита в начале 2000-х годов из-за сходства его химического и минерального состава с базальтовыми породами, найденными на самой Луне.

BPY уже был объектом нескольких исследований в области лунной 3D-печати. Исследователи из ЕКА опубликовали статью, в которой подробно описывается метод «солнечного спекания», который использует солнечную энергию для синтеза порошка BPY. Проект MOONRISE, о котором мы сообщали ранее, также использовал BPY в качестве сырья для 3D-печати в условиях невесомости.

Тем не менее, большинство этих исследований показали, что BPY не был на высоте при 3D-печати, по крайней мере, с точки зрения прочности на сжатие полученного материала. Несмотря на более низкую гравитацию Луны, на Луне все еще существуют нагрузки на конструкции зданий и оборудования. Если прочность материала на сжатие не может выдержать такой вес, даже при низкой гравитации, то он не очень полезен в качестве строительного материала.

Измерения прочности на сжатие напечатанного на 3D-принтере BPY сильно различаются в зависимости от типа используемой технологии 3D-печати. Процессы Fusion в порошковом слое, которые регулярно используются для печати металлов на Земле, имели прочность на сжатие 4,2 МПа, что немного больше, чем у стандартного кирпича. Тем не менее, это было с пористостью почти 50%, что означало, что почти половина структуры была заполнена дырами. Сочетание напечатанного на 3D-принтере BPY с геополимерным связующим может повысить его прочность, но за счет необходимости доставки геополимера с Земли.

Исследователь доктор Гарнье и его соавторы сосредоточились на попытках раскрыть, какие свойства BPY могут привести к улучшению механических свойств. Они варьировали характеристики, например, был ли порошок преимущественно «кристаллическим» или «аморфным». Кристаллический порошок имеет очень упорядоченную структуру, с некоторыми свойствами, такими как прочность на сжатие, которые широко варьируются в зависимости от направления, на которое указывает упорядоченная кристаллическая структура. С другой стороны, аморфный порошок гораздо более неупорядочен, его физические свойства одинаковы во всех направлениях.

Эксперименты показали удвоение прочности на сжатие порошка, который был на 100% кристаллическим, по сравнению с порошком, который был на 100% аморфным, что подчеркивает важность структуры реголита, выбранной для строительства строительных материалов любой будущей лунной базы.

Оптимизация этого сочетания между аморфной и кристаллической структурой остается в списке вещей, которые необходимо сделать для будущей работы, а также оптимизация размера частиц в сырье и параметров, используемых в процессе SLM для создания конечного материала. Еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем астронавты смогут напечатать что-то пригодное для использования на поверхности Луны. Но по мере приближения даты возвращения человечества, вероятно, это лишь вопрос времени, когда миссия сможет использовать ресурсы, доступные на нашем лунном соседе, и они могут сделать это, расплавив его с помощью лазера.