月塵3D打印或成未來(lái)月球生活的關(guān)鍵

來(lái)源：3D打印商情

阿波羅11號(hào)登月任務(wù)用了整整八天。如果人類想在月球上，甚至在火星上或更遠(yuǎn)的地方建立永久性基地，那么未來(lái)的宇航員將不得不在太空中待更多的日子，幾個(gè)月甚至幾年，在沒(méi)有來(lái)自地球持續(xù)不斷的供給的情況下。那么，人類如何獲得所需的一切——用火箭發(fā)送所有設(shè)備和物資來(lái)建造和維護(hù)月球上的長(zhǎng)期定居點(diǎn)將是非常昂貴的。

這就是3D打印可以利用的地方，從而使宇航員可以用原材料建造任何他們需要的月球殖民地。圍繞太空進(jìn)行3D打印的許多興奮點(diǎn)都集中在使用3D打印從月球巖石上建造建筑物。但是我的研究表明，使用這種月塵為月球制造實(shí)驗(yàn)室提供各種設(shè)備的替換部件，可能更為實(shí)際一點(diǎn)。

3D打印在技術(shù)上稱為增材制造，由復(fù)雜的技術(shù)組成，這些技術(shù)可以通過(guò)數(shù)字設(shè)計(jì)生產(chǎn)幾乎任何形狀或幾何復(fù)雜性的物理產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)可以從包括金屬、陶瓷和塑料在內(nèi)的多種材料中制造出東西，其中一些可以用于制造太空級(jí)設(shè)備。

3D打印還具有在最少的人力參與下工作的額外好處。您可以將其設(shè)置為打印并等待成品。這意味著它甚至可以遠(yuǎn)程操作。從理論上講，您可以在宇航員到達(dá)之前將3D打印機(jī)發(fā)送到月球（或任何其他太空目的地），甚至可以讓它在宇航員到達(dá)之前開(kāi)始制造結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，這存在重大挑戰(zhàn)。3D打印主要是為在地球上使用而開(kāi)發(fā)的，它依靠一定的恒定重力和溫度水平來(lái)按設(shè)計(jì)進(jìn)行操作。到目前為止，它使用的材料遠(yuǎn)不如在月球或火星表面上發(fā)現(xiàn)的材料復(fù)雜。

月球覆蓋著疏松的粉狀物質(zhì)，由數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的流星轟擊月球表面形成。這已將基巖的表層慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍睆叫∮趲缀撩椎耐寥罓畈牧�。從理論上講，您可以使用regolith來(lái)進(jìn)行增材制造，但對(duì)于3D打印房屋或更基本的組件（例如磚和水泥），您將需要來(lái)自地球的其他材料與regolith混合，例如液體粘合劑。

我和我的同事們一直在研究?jī)H使用regolith 3D打印一系列工程組件的方法。我們的技術(shù)涉及使用激光將很少量的能量轉(zhuǎn)化為熱量，這些熱量可以熔化并融合在一起，形成一片薄而堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)。通過(guò)多次重復(fù)此過(guò)程并按順序添加更多層，我們最終可以構(gòu)建三維對(duì)象。

小型零件可以快速制造，而無(wú)需其他材料。（圖片來(lái)源：Thanos Goulas）

每層的厚度不到1毫米，因此建造大型結(jié)構(gòu)（如墻壁或完整的掩體）將花費(fèi)不切實(shí)際的時(shí)間。相反，生產(chǎn)出體積較小的，經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)的高度精細(xì)的物體，例如灰塵或?yàn)V水器，通常要好得多，這些物體通常需要小于微米（0.001毫米）的孔。3D打印對(duì)于復(fù)制重要零件特別有用，如果有損壞或磨損重要的零件，并且需要更快地更換，3D打印將比供應(yīng)船從地球運(yùn)送新零件的速度要快的多。

為了弄清楚如何使這種3D打印在太空中發(fā)揮作用，我們對(duì)材料和過(guò)程進(jìn)行了深入的研究，并試圖了解月球的狀況會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生怎樣的影響。如果沒(méi)有現(xiàn)成的硬質(zhì)硅石的現(xiàn)成供應(yīng)，我們使用的材料會(huì)模仿其大塊的化學(xué)和礦物成分。它是在與流星轟炸完全不同的條件下形成的，但是它足夠復(fù)雜，以至于我們無(wú)法研究它與激光的相互作用，并利用這些知識(shí)來(lái)估計(jì)regolith的實(shí)際反應(yīng)。（文/拉諾伯勒大學(xué)增材制造研究組博士后研究助理Thanos Goulas）