L'impression 3D sera une technologie critique dans l'exploration spatiale, à la fois pour sa capacité à créer presque tous les objets, mais aussi parce qu'elle peut utiliser des ressources in situ, au moins en partie. Cependant, plus ces ressources spatiales sont utilisées dans une impression, plus les propriétés mécaniques changent de celles sur Terre, conduisant à des problèmes de résistance à la traction ou à la compression.
Mais un nouveau journal publié sur le arxiv Un serveur préalable par des chercheurs de l'Université Concordia a défini la quantité de régolithe lunaire peut être utilisé dans une matière première mixte pour la fabrication additive, ce qui permet d'utiliser encore plus de matériaux d'origine locale et d'économiser plus de coût de lancement que jamais.
La recherche a mélangé le simulant du régolithe lunaire, qui est un matériau créé pour imiter comment fonctionne le matériau à la surface de la Lune, avec le polyéther-netone, plus communément appelé PEEK. Peek est un thermoplastique déjà largement utilisé dans l'impression 3D, mais les efforts précédents pour le combiner avec le régolithe lunaire ont faibli.
Ils souffraient de défis d'extrusion, car le régolithe, qui est composé de particules individuelles dures, rendait difficile l'extrude sans simplement souffler de la poussière partout. Des problèmes supplémentaires résultent de la porosité du matériau imprimé, ce qui a entraîné une diminution de la résistance à la traction et une augmentation de la fragilité.
Les modifications de la méthode d'impression 3D semblaient être la réponse à ces problèmes. Il y avait deux principales progrès de la technologie discutés dans le papier: une configuration à vis et un type différent de « radeau » utilisé pour lier le matériel imprimé au lit d'impression.
La combinaison du Lunar Regolith Simulant (LRS) avec Peek est une entreprise délicate, donc les chercheurs, dirigés par Mohammed Azami du département d'ingénierie électrique de Concordia, ont décidé d'utiliser une nouvelle configuration « à deux vis ». Le couple a été un facteur dans les itérations précédentes de la machine à mélange, car la teneur en régolithe plus élevée signifiait un couple plus élevé, limitant finalement le pourcentage total de régolithe mélangé avec le coup d'œil à environ 30%. Avec la nouvelle configuration, les chercheurs ont pu obtenir des concentrations allant jusqu'à 50% du régolithe lorsqu'ils sont combinés avec le coup d'œil.
Cependant, lorsque ces pièces ont été imprimées, elles ont commencé à délaminer et à se déformer. Bien que commun dans les impressions de Just Peek lui-même, l'ajout du régolithe a exacerbé le problème. Pour le résoudre, les chercheurs ont utilisé un « radeau » – un type de couche intermédiaire pour aider le lien imprimé avec la plaque d'impression principale. Dans leur cas, ils ont utilisé un type de thermopolymère différent, connu sous le nom de polyéther-cetone-cetone (PEKK) comme radeau, et ont implémenté un système à double noble, où le PEKK a été imprimé à l'aide d'une buse et la combinaison LR / PEEK a été imprimée en utilisant l'autre.
Après avoir obtenu les concentrations plus élevées de LR et surmonté le problème de délaminage / déformation, les chercheurs ont décidé de recueillir leurs échantillons. Le processus de recuit semblait améliorer certaines des propriétés mécaniques de l'impression, mais seulement jusqu'à un point. À des concentrations plus élevées de LR, les avantages du recuit n'étaient pas aussi apparents en raison des ruptures de la chaîne polymère de Peek, qui bénéficie du recuit, en raison de l'augmentation du nombre de particules de régolithe.
Comme pour tous les bons articles sur l'impression 3D de nouveaux matériaux, les auteurs ont ensuite examiné les propriétés mécaniques de leur sortie. Bien qu'il y ait eu une augmentation notable de la rigidité, il y a eu une diminution constante de la résistance à la traction, qui a été exacerbée à des concentrations de LRS plus élevées. Le matériau combiné avait également diminué «l'allongement à la rupture» (c'est-à-dire une augmentation de la fragilité), mais en fin de compte, les chercheurs ont déterminé que le meilleur compromis pour l'utilisation de matériaux in situ était autour d'un mélange de 60% de voyages et de régolithes 40%. Ce mélange ne souffre pas de certaines des dégradation les plus graves des propriétés mécaniques tout en utilisant autant de ressources locales que possible.
Il y a sans aucun doute encore une place à l'amélioration ici, car c'est très tôt dans l'expérimentation avec ces matériaux. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'essayer de combiner les LR avec différents polymères, et de faire plus de tests / fabrication dans des environnements lunaires simulés, comme un vide et une gravité diminuée.
Il faudra un certain temps avant que l'impression 3D ne représente un grand pourcentage du matériau utilisé sur la lune, mais ce temps est sûrement sur son chemin, et ces premières étapes à l'expérimentation sont comment nous finirons par arriver.
