旨在在月球上建立可持續(xù)人類居住的項目正在穩(wěn)步推進。美國宇航局的“阿爾忒彌斯”計劃是其中最雄心勃勃的項目之一。但這一目標面臨著諸多挑戰(zhàn)，包括從地球運輸建筑材料。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，自該計劃啟動以來，已提出了多種方案。最新的方案來自加拿大康考迪亞大學(xué)的一項研究，該研究建議利用月球風(fēng)化層作為直接在現(xiàn)場建造建筑的原材料。

這項研究最近發(fā)表在arXiv科學(xué)平臺上，探索了基于PEEK（聚醚醚酮）并以類似月球風(fēng)化層的材料進行增強的3D打印材料的可能性。這種復(fù)合材料可以利用當(dāng)?shù)刭Y源在月球上制造零件、工具甚至基礎(chǔ)設(shè)施。

粗細不規(guī)則的細絲示例。（來源：arXiv） 

3D打印在地球上已經(jīng)是一個復(fù)雜的過程，想象一下在月球上使用它會有多么大的挑戰(zhàn)！它需要應(yīng)對各種極端條件：溫度變化、輻射、低重力等等。最初將月壤與PEEK材料結(jié)合的嘗試最終失敗，主要原因是擠壓問題。此外，最終的部件孔隙率很高，這降低了它們的機械強度，使其更加脆弱。

為了克服這些障礙，由穆罕默德·阿扎米（Mohammad Azami）領(lǐng)導(dǎo)的團隊引入了兩項重大創(chuàng)新。第一項是雙螺桿擠出機，能夠更均勻地將PEEK與高達50%的類似風(fēng)化層混合。第二項是添加一種特殊的PEKK（聚醚酮酮）“筏”：一種通過第二個噴嘴沉積的薄中間層，可提高打印件與打印平臺的附著力，并減少打印件的翹曲。

優(yōu)化工藝后，研究人員對部件進行了300°C退火處理。此步驟改善了部分機械性能，但對于含有超過40%風(fēng)化層的混合物，其效果有限。結(jié)果表明，添加月球材料可使部件的剛度提高高達41%，并減少打印過程中的變形，從而提高尺寸精度。然而，拉伸強度有所下降：拉伸強度從純PEEK的107 MPa降至含有40%風(fēng)化層的部件的90 MPa，而含有50%風(fēng)化層的部件則降至70 MPa左右。脆性也增加了，斷裂前的伸長率較低。

印刷復(fù)制品的代表性示例，范圍從純PEEK到含有50%重量風(fēng)化層的PEEK。

研究得出的結(jié)論是，最均衡的混合比例約為60%的PEEK和40%的風(fēng)化層。這種組合減少了從地球運輸?shù)牟牧狭?，同時保持了令人滿意的機械性能。這些結(jié)果為未來的太空增材制造項目提供了實用參考。

研究人員指出，這只是第一步。他們的下一個目標是在模擬月球環(huán)境（包括真空、低重力、極端熱循環(huán)和輻射）中測試這些技術(shù)。他們還計劃試驗其他聚合物，并開發(fā)能夠直接在月球上建造完整建筑（例如棲息地）的大幅面機器人打印系統(tǒng)。

編譯整理：3dnatives