Dernièrement, il y a eu beaucoup de progrès dans les objets d'impression 3D du régolithe lunaire. Nous avons rendu compte de plusieurs projets qui ont tenté de le faire, avec divers degrés de succès. Cependant, la plupart d'entre eux nécessitent un additif, comme un polymère ou une eau salée, en tant qu'agent de liaison. Récemment, un article de Julien Garnier et de leurs co-auteurs de l'Université de Toulouse, publiés dans Astronautica Actaa tenté de fabriquer des objets imprimés en 3D durci en compression en utilisant rien d'autre que le régolithe lui-même.
Faire des choses dans l'espace coûte cher, il n'est donc pas surprenant que toute technologie d'impression 3D qui nécessite l'expédition de grandes quantités de choses de la Terre soit désavantagée. Divers projets, comme celui dirigé par une entreprise appelée AI SpaceFactory, utilisent des additifs comme des polymères qui doivent être fabriqués sur Terre puis expédiés sur la lune avant d'être combinés avec Regolith in situ.
Le Dr Garnier espérait contourner cette exigence en utilisant la fusion laser sélective (SLM) sur un type spécifique d'analogue régolithe. Connu sous le nom de basalte de pic d'ysson (bpy), cette roche volcanique est recueillie sur la photo d'ysson, un ancien volcan éteint en France. Il a commencé à grandir en popularité en tant que simulant du régolithe lunaire au début des années 2000 en raison de sa similitude de composition chimique et minérale avec les roches basaltiques trouvées sur la lune elle-même.
Le BPY a déjà été la cible de plusieurs études dans l'impression 3D lunaire. Les chercheurs de l'ESA ont publié un article détaillant une technique de « frittage solaire » qui utilise la puissance du soleil pour fusionner la poudre BPY. Project Moonrise, que nous avons signalé précédemment, a également utilisé BPY comme matière première dans ses applications d'impression 3D à gravité zéro.
Cependant, la plupart de ces études ont montré que le BPY n'était pas à la hauteur lorsque la 3D a imprimé, du moins en termes de résistance à la compression du matériel résultant. Malgré la gravité inférieure de la Lune, il y a encore des contraintes sur les structures des bâtiments et des équipements sur la lune. Si la résistance à la compression d'un matériau ne peut pas supporter ce poids, même dans la gravité inférieure, il n'est pas très utile comme matériau de construction.
Les mesures pour la résistance à la compression de BPY imprimé 3D varient considérablement en fonction du type de technique d'impression 3D utilisée. Les processus de fusion de lit de poudre, qui sont régulièrement utilisés pour imprimer des métaux sur Terre, avaient une résistance à la compression de 4,2 MPa, légèrement plus qu'une brique de maçonnerie standard. Cependant, c'était avec une porosité de près de 50%, ce qui représente près de la moitié de la structure était pleine de trous. La combinaison du BPY imprimé en 3D avec un liant géopolymère peut augmenter sa force, mais au prix de l'exigence du géopolymère à expédier de la Terre.
Le chercheur Dr. Garnier et ses co-auteurs se sont concentrés sur la tentative de découvrir quelles propriétés du BPY pourraient conduire à de meilleures propriétés mécaniques. Ils variaient des caractéristiques comme si la poudre était principalement « cristalline » ou « amorphe ». La poudre cristalline a une structure très ordonnée, avec certaines propriétés, telles que la résistance à la compression, variant considérablement en fonction de la direction des points de structure cristalline ordonnés. D'un autre côté, la poudre amorphe est beaucoup plus désordonnée, ses propriétés physiques étant les mêmes dans toutes les directions.
Les expériences ont montré un doublement de la résistance à la compression de la poudre qui était 100% cristalline par rapport à la poudre qui était à 100% amorphe, mettant en évidence l'importance de la structure du régolithe sélectionné pour construire les matériaux de construction de toute base lunaire future.
L'optimisation de ce mélange entre la structure amorphe et cristalline reste sur la liste des choses à faire pour les travaux futurs, ainsi que pour optimiser la taille des particules dans la matière première et les paramètres utilisés dans le processus SLM pour créer le matériau final. Il y a encore un long chemin à parcourir avant que les astronautes puissent imprimer quelque chose d'utilisation à la surface de la lune. Mais comme la date du retour de l'humanité se rapproche, ce n'est probablement qu'une question de temps avant qu'une mission utilise les ressources disponibles sur notre voisin lunaire – et ils pourraient le faire en le faisant fondre avec un laser.
